摘要:從渦(wō)街流量計(jì) 的基本工(gong)作原理展(zhǎn)開,介紹了(le)渦街流量(liang)計抗電磁(cí)㊙️幹🛀擾和機(ji)械振動幹(gan)擾的措施(shī),采用這種(zhong)辦法，可以(yǐ)有效擴展(zhan)渦街流量(liang)計的量程(cheng)下限,從而(er)改進其性(xìng)能。
1引言
　　在(zài)衆多的流(liú)量檢測解(jie)決方案中(zhong),渦街流量(liang)計由于測(ce)🐅量精度高(gao)，壓力損失(shī)小,安裝方(fang)便,不受被(bei)測介質物(wu)理性質的(de)影響,信号(hào)便于遠傳(chuan)等特點,應(ying)用技術日(ri)趨完善,尤(yóu)其在大管(guan)徑和水👄、油(yóu)等液體介(jiè)質的流量(liang)測量方面(mian)應用更加(jia)廣泛。
　　渦街(jie)流量計是(shi)基于流體(ti)動力學中(zhōng)的卡門渦(wō)街原理制(zhì)成♌的。在一(yī)定的雷諾(nuò)數範圍内(nèi),流體的流(liú)速或✏️體積(ji)流量和旋(xuán)渦頻率成(cheng)正比而與(yu)流體的物(wu)理性質(壓(yā)力👌、溫度、密(mi)度等)無關(guān),即:
Q=kƒ
　　式中:Q爲(wei)一體積流(liu)量;k爲儀表(biǎo)常數;ƒ爲旋(xuán)渦頻率。根(gēn)據上述✍️測(cè)量原🧑🏽‍🤝‍🧑🏻理,渦(wō)街流量計(ji)的一個特(tè)點就是易(yi)受電磁和(hé)機械振🥵動(dong)的幹擾,由(you)此造成在(zai)一些場合(hé)限制了渦(wō)街流量計(ji)的正常使(shǐ)用,這也是(shì)渦街流量(liang)計的工作(zuò)條件。解決(jué)抗幹擾問(wèn)題是擴展(zhan)量程下限(xiàn)、改📞進渦街(jie)流量🈲計的(de)有效途徑(jìng)。
2工作條件(jian)
　　渦街流量(liàng)計的阻流(liu)體以壓電(diàn)晶體檢測(cè)旋渦頻率(lǜ)💞,所得壓👅電(dian)信⁉️号經交(jiāo)流放大和(he)觸發器,将(jiāng)旋渦頻率(lü)變成脈沖(chòng)信号‼️。脈沖(chòng)信号送到(dào)二次儀表(biǎo)經換算後(hou)顯示被測(ce)流量。其中(zhong)，交流放大(da)器的放大(da)倍數K和觸(chu)發器的門(mén)限電壓U可(kě)以調整，如(rú)圖1所示。
 
　　圖(tú)1中信号電(dian)壓爲E、幹擾(rao)信号折算(suàn)到輸人端(duān)爲V、門限電(dian)🌈壓U折算到(dao)🏒輸人端爲(wèi)u、交流放大(da)倍數爲K.因(yin)u=UK,故調整K或(huo)者U的效果(guo)是相同🚩的(de)。爲了使門(men)限電壓能(néng)阻止幹擾(rǎo)信号以保(bǎo)證觸發器(qì)能輸出有(you)效信🈲号,必(bì)須使幹擾(rao)信号V小于(yú)門限電壓(yā)u,而有效信(xìn)号電壓🐇E大(dà)于門限🔞電(diàn)壓u,即渦街(jie)㊙️流量計的(de)工作條件(jiàn)是:
E>u>V
　　幹擾信(xìn)号V的大小(xiǎo)決定渦街(jie)流量計的(de)量程下限(xiàn)。因此擴展(zhǎn)渦街流量(liàng)計的量程(cheng)下限必須(xū)從降低幹(gan)擾信号V入(ru)手。調整🙇‍♀️交(jiao)流放大倍(bèi)數K隻能對(dui)輸出信号(hào)加⚽
強，而量(liang)程下限并(bing)不能得到(dao)擴展。
3抗幹(gan)擾措施
　　渦(wō)街流量計(jì)的幹擾信(xìn)号主要有(you)電磁千擾(rǎo)和機械(振(zhen)動🔆幹擾兩(liang)種,如何解(jiě)決這兩種(zhǒng)抗千擾問(wen)題就成爲(wèi)改進渦👉街(jiē)流量計的(de)關♍鍵。
　　渦街(jiē)流量計通(tong)常采用金(jin)屬外殼,外(wài)殼的屏蔽(bi)效應可以(yǐ)防🏃‍♂️止電場(chǎng)和射頻幹(gàn)擾;對于磁(cí)場的幹擾(rao),可以在内(nèi)部電👉路設(she)計中通過(guo)優選非磁(cí)性元件、印(yìn)刷電路闆(pan)合♉理布線(xian)㊙️等辦法解(jiě)決,随✍️着電(dian)子技術的(de)發展和制(zhi)造工藝的(de)完善也不(bu)成問題。因(yin)此抗💃電磁(ci)幹擾🐅主要(yào)是抗地線(xian)電流幹擾(rao)。
　　渦街流量(liàng)計的壓電(diàn)晶體裝在(zài)阻流體結(jié)構上,壓電(dian)晶體的一(yi)端🍉接外殼(ke),故信号前(qián)置放大器(qi)必然接地(di)。渦街流量(liang)計的輸出(chu)信号送到(dao)二次儀表(biao),而信号放(fang)大所需的(de)直流電源(yuan)又由二次(cì)儀表提供(gong)。壓電晶體(ti)的地線與(yǔ)二次儀表(biao)㊙️的地線之(zhī)間極可能(neng)存在跨步(bù)電壓形成(cheng)電流。這個(gè)電流在信(xin)号放大器(qì)的地線中(zhōng)流過就會(huì)有壓降,這(zhe)個壓降與(yu)有效信号(hao)叠加在一(yi)起,無法分(fèn)離,就是地(dì)線電流幹(gan)擾。
　　地線電(dian)流幹擾的(de)解決措施(shī)是減小或(huò)消除了地(di)線電流，最(zui)徹底的辦(bàn)法是把二(èr)次儀表來(lái)的直流電(dian)源隔離🙇‍♀️。即(ji)将直流電(dian)源經變🐕壓(yā)器隔離後(hou)再整流成(cheng)直流供給(gei)渦街流💁量(liàng)計,使二次(cì)儀表的地(dì)線與壓電(dian)晶體的地(di)線之間無(wu)任何電氣(qì)連🔴接。同時(shí)有效測量(liang)信号經前(qián)置放大後(hou)變成脈沖(chong)信号,經脈(mo)沖變壓器(qi)輸🚶‍♀️至二次(cì)儀表,根🔞本(běn)上消除地(di)線電流的(de)影響，是一(yi)種極其有(yǒu)效的抗幹(gan)💋擾措施。然(rán)而變壓器(qi)隔離的辦(ban)法成本相(xiang)對較高,體(tǐ)積🚶又大,制(zhi)造工藝上(shàng)不容易實(shi)現,大大降(jiàng)低🥰了實用(yong)性。光隔離(li)限流抗幹(gàn)擾措施,能(neng)有效減小(xiao)地線電流(liú)的千擾。原(yuán)理如圖2所(suǒ)示🈚。
 
　　圖中，a是(shì)壓電晶體(tǐ)的接地點(dian),b是二次儀(yi)表的接地(di)點。在㊙️地線(xiàn)🍉回路🔅中接(jie)人電阻r,于(yu)是a、b兩點間(jian)的地線電(diàn)流👄被電阻(zǔ)r限制,a、b兩點(diǎn)間的電壓(ya)降在電阻(zǔ)r兩端。電阻(zu)r兩端的電(dian)壓降反映(ying)到電源正(zhèng)線上則被(bèi)三端穩壓(ya)器R阻擋,前(qian)置放大器(qi)地✌️線回路(lu)的電阻比(bǐ)電阻r小很(hěn)多，由于電(dian)阻r的分壓(yā)作用,渦🏃🏻‍♂️街(jie)流量計的(de)前置放大(da)級器地線(xian)中隻有很(hen)小的地線(xian)電流。壓電(diàn)晶體的有(yǒu)效信号經(jing)放大後,由(you)♈光隔離器(qì)件隔離輸(shū)出，采用這(zhè)種辦🤟法地(di)線電流的(de)幹擾至少(shao)可以降低(di)🏃🏻一個數量(liang)級。
　　可以看(kàn)出,使用光(guāng)隔離限流(liu)抗幹擾時(shi)爲了使電(diàn)源電壓🆚有(yǒu)足夠的餘(yú)量以阻擋(dang)跨步電壓(ya),信号放大(dà)器🧡的地線(xiàn)與壓電晶(jīng)體的地線(xian)之間必須(xu)很好連接(jiē),才能保證(zheng)前置放大(dà)器地線回(hui)路電阻極(jí)♉小。同時直(zhí)流電源電(diàn)壓的.選擇(zé)應符合下(xià)式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式中:V1爲(wèi)電源電壓(ya);V2爲放大器(qì)用的電壓(yā);VR爲三端穩(wěn)壓器♊VR的最(zuì)㊙️低電💋壓;V2ƒ爲(wèi)電阻r兩端(duān)交流電壓(yā)雙峰值。
　　機(jī)械振動對(dui)渦街流量(liàng)計的幹擾(rao)更爲普遍(biàn)，抗機械振(zhen)動千📧擾♋的(de)措施還要(yao)從渦街流(liu)量計的基(ji)本原理人(rén)手。
　　渦街流(liú)量計的敏(mǐn)感元件即(ji)壓電晶體(ti),封裝在阻(zu)流體🤩或稱(cheng)旋渦📱發生(sheng)體内，流體(tǐ)流經阻流(liú)體時,阻流(liu)體兩側交(jiao)替🏃‍♀️産生🌍旋(xuan)渦，旋渦的(de)脈動壓力(li)作用于壓(ya)電✨晶體，使(shǐ)其産生與(yu)旋渦頻率(lǜ)或測量流(liú)🔱量對應的(de)信号電壓(ya),經放大、觸(chù)發等信号(hào)處理後轉(zhuan)換成脈沖(chong)信☀️号輸出(chū)。同時,管道(dao)的機械振(zhen)動也同樣(yang)作用于壓(yā)電晶體,使(shǐ)其産生對(dui)應于振動(dong)頻率的信(xìn)号,這個振(zhèn)動幹擾信(xin)号與流量(liang)⁉️測量有效(xiao)信号無📞法(fa)分開。隻有(you)當有效信(xin)号幅值超(chao)過幹擾信(xìn)号幅值時(shi),才能由門(mén)限💔取出有(yǒu)效信号。機(ji)械振動幹(gàn)擾信号的(de)最大幅值(zhí)就成爲被(bei)測流量的(de)信号幅值(zhi)下限,即量(liang)程下限。
　　爲(wei)了使渦街(jiē)流量計盡(jìn)可能測量(liàng)低流速、小(xiǎo)流量,必須(xu)提高信噪(zào)比，即盡量(liàng)提高有效(xiao)流量信号(hào)的幅值而(ér)降低機械(xie)振動幹擾(rǎo)信💘号的幅(fu)值。改進阻(zǔ)流體的結(jie)構形狀,使(shi)傳💘感器能(néng)更好地接(jiē)收旋渦的(de)脈動壓✍️力(lì),可使有效(xiao)信号幅值(zhí)提高。但更(geng)有效的辦(ban)法是在旋(xuán)渦發生體(tǐ)的兩側封(fēng)裝對應的(de)兩塊壓電(dian)晶體,即采(cai)用差動壓(yā)電☁️傳感器(qi)和差動放(fang)大電路(見(jian)圖3)。由于機(ji)械振動對(dui)2塊壓電晶(jing)體🧡的作用(yong)力是--緻的(de),而流體旋(xuán)渦在阻流(liú)體兩側🚩是(shi)交替産生(sheng)的,通過差(cha)動放大後(hòu),2塊壓電晶(jing)體相同的(de)機械振動(dong)信号相互(hu)抵消削✉️減(jian),2塊壓電晶(jīng)體相反的(de)流量信号(hào)相加後增(zeng)強。于是,大(dà)大降低了(le)機械振動(dong)信号💋的幹(gan)擾。
 
4結束語(yǔ)
　　電磁于擾(rǎo)和機械振(zhen)動幹擾是(shì)渦街流量(liàng)計的重要(yào)幹擾因素(sù),限制了量(liàng)程下降,影(yǐng)響渦街流(liu)量計在低(di)流速、小流(liú)量測量中(zhōng)的使用。通(tong)過在電路(lù)上設計采(cai)用光隔離(li)限流抗幹(gan)擾措施,可(kě)以有效解(jie)決地線電(diàn)流的幹擾(rǎo)🥰，解決抗電(diàn)磁幹擾的(de)主要問題(tí);結構設計(ji)🔴上采用雙(shuang)壓電晶體(ti)的差動壓(yā)電傳感器(qì)和差動放(fang)👣大電路可(kě)消除機械(xie)振動的幹(gàn)擾。以上兩(liǎng)種抗幹擾(rao)🙇‍♀️措施共同(tong)采用的結(jié)果,可以将(jiang)渦街🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流量(liang)計的量程(cheng)下限擴展(zhan)至原量程(chéng)🏃🏻下限的1/2~1/3。

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