0引言
　　近年(nian)來，振動測量(liang)技術得以在(zài)航空、航天、電(dian)子、船舶等多(duō)領域發展和(he)應用，呈現出(chū)良好的發展(zhǎn)态勢，也☂️因此(ci)成爲了學者(zhe)們争相研究(jiū)的熱點話題(ti)。振動測✨量技(ji)術是運用現(xian)代檢測手段(duàn)實現對😘機械(xiè)結構振動的(de)檢測，測量其(qí)流體的振動(dong)‼️頻率，進而确(què)定流體在管(guǎn)道中流速與(yǔ)流量，而渦街(jie)流量計正是(shi)一種基于振(zhen)動測量原理(li)的流量測量(liang)儀表，其主要(yào)用🏒來測量渦(wo)街流體在管(guǎn)道中産生的(de)旋渦頻率，是(shì)依據流體♍振(zhen)動頻率與流(liu)速之間的比(bǐ)例關系的原(yuan)理來工作的(de)。渦街流量計(jì)應用過♊程中(zhong)需要利⭐用振(zhen)動檢測技術(shu)，将振動量轉(zhuan)化爲相對應(ying)的電荷🐇量，并(bìng)将電荷量轉(zhuǎn)化爲電壓量(liàng)，而電荷放大(dà)器在這其中(zhong)起了關鍵性(xìng)作用，由此也(yě)成了本文的(de)研究重點，爲(wei)了提升渦街(jiē)流量計的測(ce)量精🔞度。
1振動(dong)測量内容介(jiè)紹
　　振動測量(liang)技術是一種(zhong)現代常用的(de)流量測量方(fāng)法之一，其依(yī)據振動測量(liàng)基本原理對(dui)機械結構振(zhèn)動進行檢測(ce)，并将👉振動運(yun)動量轉化爲(wei)與之成一定(ding)比例的電學(xue)或是其它易(yi)于觀察、分析(xi)和處理的物(wu)理信号，最後(hou)通過對該信(xìn)号頻率的計(jì)算分析，獲取(qu)機械振動結(jié)構的振動特(tè)性，從而實現(xiàn)對機械設備(bei)振動的測量(liàng)。
　　振動測量可(ke)根據結構振(zhèn)動的類型，将(jiāng)儀器設備的(de)振動信号分(fèn)爲兩類:确定(ding)性振動和随(suí)機振動，本文(wen)♋所研究渦街(jie)流量計中流(liu)體所引起的(de)振動，是其中(zhong)的确定性振(zhen)動，利用振動(dong)傳感器實現(xian)振動信号的(de)🤞采集，對流體(tǐ)的振動✍️頻率(lǜ)進行測量，從(cóng)而可以推算(suan)✍️出流體的流(liú)量與速度。該(gāi)🐆基于振動測(ce)量技術原理(lǐ)的渦街流量(liàng)計目前已經(jīng)被廣泛用于(yu)氣體、液體和(he)蒸汽流量的(de)測量。同時，渦(wō)街流量計對(dui)于振動測量(liàng)🌏來說是檢測(cè)流體振動的(de)特征參數，在(zai)具體的測量(liang)過程中可采(cǎi)用的方法有(yǒu)三類:機械量(liang)法、光測法和(hé)電測法，本文(wen)所研究的渦(wō)街流量計中(zhōng)的振動測量(liang)技術采用的(de)是電測法，運(yùn)🏃🏻‍♂️用振動測量(liang)傳感器獲取(qu)機械振動信(xìn)号,并将其轉(zhuan)化成電🤞信号(hao)，通過電荷放(fàng)大器進行調(diao)理放大，進而(er)确定流體在(zài)管道中流速(sù)與流量。
2振動(dong)測量系統的(de)構成
　　根據上(shang)述内容可知(zhi)，本文振動測(cè)量系統研究(jiu)中采用㊙️的是(shì)電測法，這是(shì)振動測量中(zhōng)常用方法，與(yǔ)光測🔴法和機(jī)械🈲法比較而(ér)言，該方法具(jù)有使用頻率(lü)範圍寬，動态(tài)範圍廣，測量(liang)靈敏度高等(děng)優勢，而且電(dian)測法能夠适(shi)用于不同的(de)測振傳感器(qi)，而信号也便(biàn)于被記錄、處(chu)理和傳送。由(you)此，本文中的(de)振動測量系(xi)統主要由:振(zhèn)動傳感器、電(diàn)荷放大器、信(xin)号分析儀等(děng)構成，如圖1所(suo)示。

2．1振動測量(liang)傳感器
　　振動(dong)測量傳感器(qi)是獲取振動(dong)信息的重要(yao)裝置，是振動(dong)測量系統的(de)核心部分，其(qi)種類很多，在(zai)具體的應用(yong)測量中應結(jié)合不同🎯的測(cè)量方法和目(mù)的選用不同(tóng)的傳感器，以(yǐ)保證測量效(xiào)果。現代振動(dòng)測量傳感器(qì)完全改變了(le)傳💋統的獨立(li)機械測量裝(zhuāng)置，已經成爲(wèi)整個振動測(ce)量系統的一(yī)個重要組成(chéng)部分，用來檢(jian)測位移、速度(du)、加速度、頻率(lǜ)和相位，而且(qie)還與電荷放(fàng)大器等相關(guan)電子線路存(cún)在密切相關(guan)性。
　　同時，振動(dòng)測量傳感其(qí)在機電變換(huan)原理方面存(cún)在差異性，輸(shu)出的電量形(xíng)式并不相同(tóng)，一般會将機(jī)械量的振動(dong)信号轉化爲(wèi)電阻、電感等(děng)電參數的變(biàn)化，而且要設(she)置專有的測(cè)量路線以便(biàn)針🚶對不同的(de)機電變化原(yuán)理，将傳感器(qi)的輸出🥰電量(liang)轉化🔴成爲後(hou)續顯示、記錄(lù)、分析儀所接(jiē)受👉的電信号(hao)形式。
2．2電荷放(fàng)大器
　　電荷放(fàng)大器能夠将(jiāng)傳感器輸出(chu)的微弱電荷(hé)信号轉化🐉爲(wèi)放大的電壓(yā)信号，同時又(you)能夠将傳感(gan)器的高阻抗(kàng)輸出轉換成(cheng)☀️低阻抗輸出(chu)，并成功驅動(dòng)後續♻️電路。同(tóng)時，在振動測(cè)量中，鑒于振(zhèn)動傳⛹🏻‍♀️感器在(zài)特性✔️上呈現(xiàn)出的差異性(xìng)，測量參數💃🏻涉(shè)及位移、速度(dù)以及加速度(du)，而且這些被(bei)測振動量的(de)峰值、振動頻(pín)率、周👨‍❤️‍👨期和相(xiàng)位差等相關(guān)參數也應該(gai)包含其中，由(you)此，爲📞了使測(ce)量參數能夠(gòu)以最佳的方(fang)式獲得，在振(zhen)動傳感🐇器與(yǔ)信号分析儀(yi)之間需要設(shè)置電荷放大(da)器以實現對(dui)位移、速度和(he)加✏️速度等😘不(bu)同電荷量信(xìn)号的🔴放大，并(bìng)将其轉化成(chéng)電壓或是電(diàn)流信号。
2．3振動(dong)信号分析儀(yi)
　　振動信号分(fen)析儀能夠顯(xiǎn)示振動的測(cè)量參數“加速(sù)度，速度，位移(yi)值”，現場數據(ju)采集及分析(xī)功能，還可以(yi)♻️正确診斷(如(rú):不🧡平衡，不對(dui)中，機械松動(dòng)，軸承故障，齒(chǐ)💚輪箱故障)引(yin)起的振動🏃過(guo)大，指出故障(zhang)發生的位置(zhi)及損壞程度(du)，從而全面的(de)掌握📞機器設(shè)備的運行狀(zhuàng)㊙️況及發展趨(qū)☀️勢。
3渦街流量(liang)計的工作原(yuan)理
　　本文渦街(jie)流量計是基(jī)于”卡門渦街(jie)“原理而發展(zhan)而來👉的一種(zhong)流🤟量測量儀(yi)器，其利用流(liú)體振動原理(lǐ)實現流量的(de)測量。渦街㊙️流(liu)量計是在流(liu)體的垂直流(liú)向上安裝一(yi)根或是多跟(gen)非流線型旋(xuán)渦發生體，在(zai)流體的流速(su)達到特定💘比(bi)值時，會在阻(zu)流體的兩側(cè)各自釋放分(fèn)離出兩串規(guī)則的旋轉方(fang)向相反的旋(xuán)渦，而且在一(yī)定🈲的一定雷(lei)諾數範圍内(nèi)流體的振動(dong)頻率與流速(sù)成相關性，運(yùn)用振動檢測(ce)技術檢測旋(xuán)渦分離頻率(lǜ)就能夠推算(suàn)出流體的平(píng)均流速和流(liú)量，具體的工(gōng)作原理如圖(tú)♊2所示。

　　當前，渦(wo)街流量計已(yǐ)經成爲主要(yao)流量測量儀(yí)器之一，因♻️其(qi)測量可靠性(xing)好，測量範圍(wéi)寬而被廣泛(fàn)應用✂️于石油(you)、化工、發電等(děng)領域，在對液(yè)體、氣體、蒸汽(qi)的流量計量(liang)👨‍❤️‍👨及檢測和控(kong)制方面呈現(xiàn)良好的利用(yong)價值。然而，因(yin)爲渦街流量(liang)計是利用振(zhèn)動測量技術(shu)實現流體測(cè)量的，其較易(yì)受到外界的(de)幹擾，影響了(le)其測量精度(du);同時，由于渦(wo)街傳感器傳(chuan)輸的信号微(wēi)💚弱，在噪聲的(de)影響下小流(liu)量測♌量受限(xian)。爲了保證渦(wō)街流量計的(de)測量精度，應(ying)充分地利用(yong)振動檢🔴測技(ji)術，并減小電(diàn)荷放大電路(lù)的噪聲，從而(ér)提高其應用(yòng)性能。
4振動檢(jian)測技術在渦(wō)街流量計中(zhōng)的應用
4．1渦街(jie)流量計流體(ti)振動檢測
　　渦(wō)街流量計采(cǎi)用的是上述(shù)振動測量技(ji)術實現流體(ti)檢測的，對于(yu)渦街流量計(jì)的振動檢測(cè)而言，其隻💜需(xū)檢測流體振(zhen)動的特征參(cān)數，也即流體(ti)在具體應✨用(yong)管道中産生(sheng)✂️的旋渦頻率(lü)即可實現振(zhèn)動測量獲🆚取(qǔ)振動測量信(xìn)号。當前，渦街(jie)流㊙️量計中應(yīng)用的振動檢(jian)測方式可采(cǎi)用:壓電式和(hé)電容式，壓電(dian)式是通過🏃‍♂️交(jiāo)替旋渦導緻(zhì)的壓力脈動(dong)使其檢測元(yuan)件壓🛀🏻電晶體(tǐ)産生電脈沖(chong)來🔅進行檢測(ce)的，而電容式(shì)的檢測元件(jiàn)是電容，其通(tōng)過旋👉渦産生(sheng)的壓差促使(shi)⭕電容量改變(bian)差值來實現(xiàn)振動測🔆量，其(qí)中💃壓電元件(jian)在響應速度(dù)，以及其不易(yi)受流體密度(du)、粘度和溫度(du)的影響，具有(yǒu)良好的穩㊙️定(ding)性，由此得以(yǐ)💁在渦街流量(liang)計中廣泛🈚應(yīng)用。渦街流量(liàng)計流體振動(dong)檢🔞測具體如(ru)圖3所示。

　　本(běn)文渦街流量(liang)計振動測量(liang)系統中的壓(yā)電式傳感器(qì)的輸出的🙇‍♀️微(wēi)弱電信号，同(tong)上述振動測(ce)量系統一樣(yang)需要将💜電荷(hé)信号經過高(gao)輸入阻抗的(de)前置放大器(qì)的阻📧抗交換(huàn)☔之後，才能夠(gou)将借助于放(fàng)大檢波電路(lù)将傳感器信(xìn)号傳輸到顯(xiǎn)示♌儀表或實(shí)現遠程傳輸(shu)，這一過程都(dou)是依據振動(dòng)檢測的相關(guān)原理和技術(shu)來完成的。
4．2渦(wō)街流量計傳(chuán)感器
　　渦街流(liú)量計傳感器(qì)采用壓電傳(chuán)感器，該傳感(gǎn)器測量效率(lǜ)🙇🏻高，可不用直(zhi)接接觸測量(liàng)介質就能實(shí)現流體測量(liàng)，通常運用壓(yā)電元件的應(ying)力檢測方法(fa)來進行振動(dong)頻率的測量(liàng)，具體操作😍過(guo)程是将有漩(xuán)渦産生的交(jiao)替變化的壓(yā)力轉化爲壓(ya)電傳感器電(diàn)荷信号，電荷(he)信号的變化(hua)頻率與旋渦(wō)脫落頻率相(xiang)同，經♻️過電子(zǐ)線路處理後(hou)的交變電荷(he)轉化成旋渦(wo)頻率，因旋渦(wō)頻率與流體(tǐ)流量成正相(xiàng)關性，由此也(yě)就得到📧了流(liu)體流量。利用(yòng)⁉️壓電晶體元(yuan)件進行💞旋渦(wo)分離🎯頻率的(de)檢測，在柱體(tǐ)後部兩側💋實(shí)現旋渦的交(jiao)替分離，從而(ér)促使壓力💃脈(mò)動的📞産生，經(jīng)安裝在主體(ti)候補尾流中(zhong)順的🚩探頭檢(jiǎn)測到交變力(lì)，并使得位于(yú)探頭内部的(de)壓電晶體元(yuán)件在交變力(lì)的壓力作用(yong)下産生變電(dian)荷，交變電荷(hé)信号在被檢(jian)✏️測放大器處(chù)理或數字信(xin)号處理後，輸(shū)🔴出頻率信号(hào)，或是轉化成(cheng)與❤️流量成比(bǐ)例的4～20mA直流标(biāo)準信号輸出(chū)。
4．3渦街流量計(jì)放大電路
　　渦(wo)街流量計中(zhong)傳感器所輸(shū)出的電壓信(xin)号，需要放大(dà)電路将其🌈放(fang)大并對信号(hào)進行處理，利(li)用振動測量(liang)技術的測量(liang)電路關鍵在(zai)于前置放大(dà)器的設置，其(qí)不僅能夠将(jiāng)傳感器的輸(shu)出信号從高(gao)阻抗變爲低(di)阻抗，還能夠(gou)将傳感器微(wei)弱的電信号(hào)進行放大。前(qian)置放大電✨路(lu)可采用電壓(ya)放大器或是(shi)用帶電融反(fǎn)饋的電荷放(fang)大器，本文采(cǎi)用電荷放大(dà)器作爲渦街(jiē)流量計的轉(zhuan)換裝置，放大(dà)、濾波、整形後(hòu)變成頻率㊙️與(yǔ)🌈流速成正比(bi)的脈🧡沖信号(hào)，然後進行計(ji)數處理得到(dào)流量信号，以(yi)此來提💋高渦(wo)街流量計的(de)抗幹擾能㊙️力(lì)。
5結語
　　機械振(zhèn)動是一種常(chang)見的現象，其(qí)直接影響着(zhe)機器精度和(hé)♍正常運轉，而(ér)通過機械振(zhèn)動原理發展(zhan)而來的振動(dòng)測量技術則(ze)是工業控制(zhì)和生産中的(de)重要内容之(zhī)一，尤其與渦(wo)街流量計中(zhōng)的振動檢測(cè)原理🌈存在衆(zhong)多相通處，爲(wei)振動檢測🔆技(jì)術在渦街流(liu)量計⭐中的應(ying)用提供了可(kě)能性，由此，本(běn)文針對渦街(jiē)流量📞計中振(zhèn)動檢⭕測技術(shu)的應用具🎯有(yǒu)重要的理論(lùn)意義和使用(yòng)價值，并能夠(gòu)推動渦街流(liú)量計的不斷(duàn)創新發展提(tí)供相關依據(jù)。

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