摘要:從渦(wo)街流量計 的基(jī)本工作原理展(zhǎn)開,介紹了渦街(jiē)流量計抗電磁(ci)幹擾和🌈機械振(zhen)動幹擾的措施(shī),采用這種辦法(fǎ)，可以有效擴展(zhan)😄渦街流量🈲計的(de)量程下限,從而(er)改進其性能。
1引(yǐn)言
　　在衆多的流(liú)量檢測解決方(fang)案中,渦街流量(liàng)計由于測㊙️量✨精(jīng)度高💃🏻，壓力損失(shī)小,安裝方便,不(bu)受被測介質物(wu)理性質的影👣響(xiǎng),信号便☁️于遠傳(chuán)等特點,應用技(jì)術日趨完💃善,尤(yóu)其在大管徑和(he)水、油等液體介(jiè)質的流量測量(liàng)方面應用更加(jiā)廣泛。
　　渦街流量(liàng)計是基于流體(ti)動力學中的卡(ka)門渦街原理🏃制(zhì)成的。在一定的(de)雷諾數範圍内(nèi),流體的流速或(huo)體積流量和旋(xuan)渦頻率成正比(bi)而與流體的物(wù)理性質(壓力、溫(wen)度、密度等)無關(guān),即:
Q=kƒ
　　式中:Q爲一體(ti)積流量;k爲儀表(biǎo)常數;ƒ爲旋渦頻(pín)率。根據上⭕述測(ce)量原理,渦街流(liu)量計的一個特(tè)點就是易受電(dian)磁和機械振動(dòng)的幹擾⭐,由此造(zao)成在一些場合(he)限制了渦街流(liú)量計的正常使(shi)用,這也是渦街(jie)流量計的工作(zuo)條🌐件。解決抗幹(gan)擾問題❌是擴展(zhǎn)量程下限、改進(jin)渦街流量計的(de)有效途✂️徑。
2工作(zuò)條件
　　渦街流量(liàng)計的阻流體以(yǐ)壓電晶體檢測(cè)旋渦頻率,所得(de)壓💯電☂️信号經交(jiāo)流放大和觸發(fā)器,将旋渦頻率(lǜ)☁️變成脈沖信号(hào)。脈沖信号送到(dào)二次儀表經換(huàn)算後顯示被⛷️測(cè)流量。其中，交🈚流(liu)放大器的放大(dà)倍數K和觸🐇發器(qi)的門限電壓U可(kě)以調整，如🔴圖1所(suǒ)示。
 
　　圖1中信号電(dian)壓爲E、幹擾信号(hào)折算到輸人端(duan)爲V、門限電壓U折(shé)算到輸人端爲(wei)u、交流放大倍數(shu)爲K.因u=UK,故調整K或(huo)者U的效果是💘相(xiang)同的。爲了使門(men)限電壓能阻止(zhi)幹擾信号🔱以保(bǎo)證觸發器能輸(shu)出有效信号,必(bì)須使幹擾信号(hao)V小于門限電⁉️壓(ya)u,而有效信号電(diàn)壓E大于門限電(diàn)壓u,即渦街流量(liang)計的工♌作條件(jiàn)是:
E>u>V
　　幹擾信号V的(de)大小決定渦街(jiē)流量計的量程(chéng)下限。因此擴展(zhǎn)渦街流量計的(de)量程下限必須(xū)從降低幹擾信(xin)号V入手🤞。調整交(jiao)流放大倍數K隻(zhi)能對輸出信号(hào)加♍
強，而量程下(xia)限并不能得到(dao)擴展。
3抗幹擾措(cuò)施
　　渦街流量計(jì)的幹擾信号主(zhǔ)要有電磁千擾(rǎo)和機械(振動幹(gàn)🚶擾兩💔種,如何解(jie)決這兩種抗千(qian)擾問題就成爲(wèi)改進渦街流量(liàng)計🍉的關鍵。
　　渦街(jie)流量計通常采(cǎi)用金屬外殼,外(wài)殼的屏蔽效應(yīng)可以防止電場(chǎng)和射頻幹擾;對(duì)于磁場的幹擾(rǎo),可以在内部電(dian)路設計中通過(guò)優選非磁性元(yuan)件、印刷電路闆(pǎn)合理布線等辦(bàn)法解決,随着電(diàn)子技術的發展(zhǎn)和制造工藝的(de)完善也不成問(wèn)題。因此抗電磁(ci)幹擾主要是抗(kàng)地線電流幹擾(rǎo)。
　　渦街流量計的(de)壓電晶體裝在(zài)阻流體結構上(shang),壓電晶體的一(yī)端接外殼,故信(xin)号前置放大器(qi)必然接地。渦街(jiē)流量計的輸出(chu)信号送到二次(cì)儀表,而信号放(fàng)大所需的直流(liu)😍電源又🔴由二次(cì)儀表提供。壓電(diàn)晶體的地線與(yǔ)二次儀表的地(dì)線之間極可能(neng)✊存在跨步電壓(ya)形成電流。這個(gè)電流🐆在信号放(fang)大器的地線中(zhong)⭐流過就會有壓(ya)降,這個壓降與(yǔ)有效信号叠加(jia)在一起,無法分(fen)🍉離,就是地線電(dian)流幹擾。
　　地線電(diàn)流幹擾的解決(jué)措施是減小或(huò)消除了地線電(diàn)流，最徹底❌的辦(ban)法是把二次儀(yí)表來的直流電(dian)源隔離。即将直(zhi)流電源經變壓(ya)器隔離後再整(zheng)流成直流供給(gěi)渦街流量計,使(shǐ)二次儀👨‍❤️‍👨表的地(dì)線與壓電晶體(tǐ)的地線之間無(wu)任何電氣連接(jie)。同時有效測量(liàng)信🈲号經前置放(fàng)大後變成脈沖(chòng)信号,經脈沖變(biàn)壓器輸🌐至二次(ci)儀表,根㊙️本上消(xiāo)除地線電流的(de)影響，是🈚一種極(jí)其有效的抗幹(gan)擾措施。然而變(biàn)壓器隔離的辦(bàn)法成本相對較(jiào)高,體積🐅又大,制(zhi)造工藝上👉不♍容(róng)易實現,大大降(jiang)低了實用性。光(guāng)隔離限流抗幹(gan)擾措施,能有♌效(xiào)減小地線電流(liu)的千擾。原理如(rú)圖2所示。
 
　　圖中，a是(shì)壓電晶體的接(jiē)地點,b是二次儀(yi)表的接地點。在(zài)🥰地線回路💘中接(jiē)人電阻r,于是a、b兩(liǎng)點間的地線電(dian)流被電阻r限🥰制(zhi),a、b兩點間的電壓(yā)降在電阻r兩端(duan)。電阻r兩端的電(diàn)㊙️壓降反映到電(dian)源正線🥰上則被(bèi)三端穩壓器🎯R阻(zǔ)擋,前置📧放大器(qi)地線回路的電(dian)阻比電阻r小很(hěn)多✔️，由于電阻r的(de)分壓作用,渦街(jiē)流量計的前置(zhì)放大級器地線(xiàn)中隻有🏃很小的(de)地線電流。壓電(dian)晶體的有效信(xin)号經放大後,由(yóu)光隔離器件隔(gé)離輸出，采用這(zhe)種辦法地線電(dian)流的幹🌏擾至少(shǎo)可以降低一🆚個(gè)數量級。
　　可以看(kan)出,使用光隔離(lí)限流抗幹擾時(shí)爲了使電源電(diàn)🌈壓有足夠的餘(yu)量以阻擋跨步(bu)電壓,信号放大(dà)器♊的地🛀🏻線與壓(yā)電晶體的地線(xiàn)之間必須很好(hǎo)連接,才能保證(zhèng)前置放大器地(di)🛀🏻線回路電阻極(ji)🏃‍♀️小。同時直流電(dian)源電壓的.選擇(ze)應符合下式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shi)中:V1爲電源電壓(yā);V2爲放大器用的(de)電壓;VR爲三端穩(wěn)壓器VR的最低⛱️電(dian)壓;V2ƒ爲電阻r兩端(duan)交流電壓雙峰(feng)值。
　　機械振動對(dui)渦街流量計的(de)幹擾更爲普遍(biàn)，抗機械振☀️動千(qian)擾✏️的㊙️措施還要(yào)從渦街流量計(jì)的基本原理人(rén)手。
　　渦街流量計(jì)的敏感元件即(jí)壓電晶體,封裝(zhuang)在阻流體🐇或稱(chēng)旋㊙️渦發生體内(nei)，流體流經阻流(liu)體時,阻流體🚶‍♀️兩(liang)側交替産生旋(xuan)渦🚶，旋渦的脈動(dong)壓力作用于壓(yā)電晶體，使其産(chan)生與旋渦頻率(lǜ)或測量流量對(dui)應的信🏒号電壓(yā),經放大、觸發等(děng)信号處理後轉(zhuǎn)換成脈沖信号(hao)輸出。同時,管道(dào)的機械🏃🏻振動也(ye)同樣作用于壓(ya)電晶體,使其産(chǎn)☀️生對應于振動(dòng)頻率的信号,這(zhè)個振動幹擾信(xìn)号與流量測量(liàng)有效信号無法(fa)分開。隻有當有(you)效信号幅值超(chāo)過幹擾信号幅(fú)值時,才能由門(mén)限取出有效信(xìn)号。機械振🤞動幹(gan)擾🈚信号的最大(dà)幅值就❤️成爲被(bei)測流量的信号(hào)幅值下限,即量(liàng)程下限。
　　爲了使(shǐ)渦街流量計盡(jìn)可能測量低流(liú)速、小流量,必須(xu)提🚶‍♀️高信噪⛱️比，即(jí)盡量提高有效(xiao)流量信号的幅(fú)值⛷️而降低機🤟械(xie)振動幹擾信号(hào)的幅值。改進阻(zǔ)流體的💰結構形(xing)📧狀,使傳🏃‍♀️感器能(néng)🚶‍♀️更好地👌接收旋(xuan)渦的脈動壓力(li),可使有效信号(hao)幅✨值提高。但更(gèng)有效的辦法是(shi)在旋渦發生體(tǐ)的兩側封裝對(dui)應的兩塊壓電(dian)晶體,即🏒采用差(chà)動壓電☎️傳感器(qì)和差動㊙️放大電(dian)路(見圖3)。由于機(ji)械振動對2塊壓(yā)電晶體✉️的作用(yong)力是--緻的,而流(liú)體旋🛀渦在阻流(liú)體兩側💚是交替(tì)産生的,通過差(chà)動放大後,2塊壓(ya)電晶體相同的(de)機械振動信号(hào)相互抵消削🛀🏻減(jiǎn),2塊壓電晶體相(xiang)反的流♋量信号(hào)相加後增強。于(yu)是,大大降低了(le)㊙️機械振動信号(hào)的幹擾。
 
4結束語(yu)
　　電磁于擾和機(ji)械振動幹擾是(shì)渦街流量計的(de)重要幹擾🚶‍♀️因素(sù),限制了量程下(xià)降,影響渦街流(liú)量計在低流速(su)、小流🌍量測量中(zhong)的使用。通過在(zai)電路上設計采(cǎi)用光隔離限流(liú)🔞抗幹擾措施,可(kě)以有效解決地(dì)線電流的幹擾(rǎo)✊，解決抗電磁幹(gan)擾的主要問題(tí);結構設計🥰上采(cǎi)用雙壓電晶體(ti)的差動壓電傳(chuan)感♻️器和差動放(fàng)大電路可消除(chú)機械振動的幹(gàn)擾。以上兩種抗(kang)🤞幹擾措施共同(tong)采用的🚶結果,可(ke)以将渦街流量(liàng)計的量程🈲下限(xian)擴展至原量程(cheng)💚下限的1/2~1/3。

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