摘要:從(cong)渦街流量計 的基(jī)本工作原理展開(kai),介紹了渦街流量(liàng)計抗電磁幹📱擾和(hé)機械振動幹擾的(de)措施,采用這種辦(bàn)法，可以有效💋擴展(zhǎn)👉渦街流量計的量(liang)程下限,從而改進(jin)其性能。
1引言
　　在衆(zhōng)多的流量檢測解(jiě)決方案中,渦街流(liu)量計由于測量精(jīng)度高，壓力損失小(xiǎo),安裝方便,不受被(bèi)測介質物理性質(zhì)的影響,信🧑🏾‍🤝‍🧑🏼号便于(yú)遠傳等特點,應用(yòng)技術日趨完善,尤(you)其在大管徑和水(shui)、油等液⚽體介質的(de)流量測量方面應(yīng)用更加廣泛。
　　渦街(jie)流量計是基于流(liú)體動力學中的卡(ka)門渦街原理🔱制成(cheng)💘的。在一定的雷諾(nuò)數範圍内,流體的(de)流速或體積流量(liang)和旋渦頻率成⭐正(zheng)比而與流體的物(wù)理性質(壓力、溫度(du)、密度等)無🏃‍♀️關,即:
Q=kƒ
　　式(shì)中:Q爲一體積流量(liàng);k爲儀表常數;ƒ爲旋(xuán)渦頻率。根據上述(shù)測量原理,渦街流(liú)量計的一個特點(diǎn)就是易受電磁和(hé)機械振動的幹擾(rǎo),由此造成在一些(xie)場合限🔞制了渦🏃🏻‍♂️街(jiē)流量🥵計的正常使(shǐ)用,這也是渦街流(liú)量計的工作條件(jian)。解決抗幹擾問題(ti)是擴展量程下限(xiàn)、改👅進渦街流量計(ji)的有效途徑。
2工作(zuò)條件
　　渦街流量計(ji)的阻流體以壓電(diàn)晶體檢測旋渦頻(pín)率,所⛱️得⭐壓電信号(hao)經交流放大和觸(chù)發器,将旋渦頻率(lü)變成脈沖信号👣。脈(mò)沖信号送到二次(ci)儀表經換算後顯(xian)示被測流量。其中(zhong)，交流放大器的放(fang)大倍數K和觸發器(qi)的門限電壓U可以(yi)調整，如圖1所示。
 
　　圖(tú)1中信号電壓爲E、幹(gan)擾信号折算到輸(shu)人端爲V、門限電壓(yā)U折算❄️到✊輸人端爲(wei)u、交流放大倍數爲(wèi)K.因u=UK,故調整K或者✊U的(de)效果是相同的。爲(wèi)了使門限電壓能(neng)阻止幹擾信号🐕以(yǐ)保證觸發器能輸(shū)出有效信号,必須(xu)使幹🈲擾信号V小于(yu)門限電壓u,而有效(xiao)信号電壓E大于門(men)限電壓u,即渦街流(liu)量計的工作條件(jiàn)是:
E>u>V
　　幹擾信号V的大(dà)小決定渦街流量(liàng)計的量程下限。因(yīn)🛀🏻此擴展㊙️渦街流量(liàng)計的量程下限必(bì)須從降低幹擾😘信(xìn)号V入手。調整🈲交流(liu)放大倍數K隻能對(duì)輸出信号加
強，而(ér)量程下限并不能(neng)得到擴展。
3抗幹擾(rao)措施
　　渦街流量計(ji)的幹擾信号主要(yao)有電磁千擾和機(jī)械(振動幹擾兩種(zhǒng),如何解決這兩種(zhong)抗千擾問題就成(cheng)爲改進渦♻️街流量(liang)計的關🍓鍵。
　　渦街流(liu)量計通常采用金(jīn)屬外殼,外殼的屏(píng)蔽效應🎯可以🌈防止(zhi)💛電場和射頻幹擾(rao);對于磁場的幹擾(rao),可以在内部電路(lu)設計中🍉通過優選(xuan)非磁性元件、印刷(shuā)電路闆合理布線(xiàn)等辦法解決,随着(zhe)電子💁技術的發展(zhan)和制造工藝的完(wan)善也不成問題。因(yin)此抗電磁幹擾主(zhu)要是抗地線電流(liú)幹擾💃🏻。
　　渦街流量計(ji)的壓電晶體裝在(zài)阻流體結構上,壓(ya)電晶體的一端接(jiē)外殼,故信号前置(zhi)放大器必然接地(dì)。渦街流量♻️計的輸(shu)出信号送到二次(cì)儀表,而信号放💋大(da)所需的直流電源(yuan)又由二次儀表提(tí)供。壓電晶體的地(dì)線與二次儀表的(de)地線之間極可能(neng)存在跨步💛電壓形(xing)成電流。這個電流(liu)在信号放大器的(de)地線中流過就會(huì)有壓降,這個壓降(jiàng)與🏃‍♂️有效信号叠加(jiā)在一起,無法分離(lí),就是地線電流幹(gàn)擾。
　　地線電流幹擾(rao)的解決措施是減(jian)小或消除了地線(xiàn)電流，最徹底的辦(ban)法是把二次儀表(biao)來的直流電源🚩隔(ge)離。即将直流電源(yuan)經變壓器隔離後(hòu)再整流成直流供(gong)給渦街流量計,使(shǐ)二次儀表的地🈲線(xian)與壓電晶🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體的地(dì)線之間無任㊙️何電(dian)氣連接。同時有效(xiào)測量信号經前置(zhì)放大後變成脈沖(chong)信号,經脈🤟沖變壓(yā)器輸至二次儀表(biao),根本上消除地線(xiàn)電流的影響，是一(yi)種極其有效♻️的抗(kang)幹擾措施。然而變(biàn)壓🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器隔離的辦法(fǎ)成本相對較高,體(ti)積🧡又大,制造工藝(yi)上不📱容易實現,大(dà)大降低了實用性(xing)。光隔離限流抗幹(gàn)擾措施,能有效減(jiǎn)小地線電流的千(qiān)擾。原理如圖2所示(shi)。
 
　　圖中，a是壓電晶體(ti)的接地點,b是二次(ci)儀表的接地點。在(zài)地線回路中接人(rén)電阻r,于是a、b兩點間(jiān)的地線電流被電(diàn)🔅阻r限✊制,a、b兩點間😘的(de)電壓降在電阻r兩(liang)端。電阻r兩端的電(diàn)壓降反映到電源(yuan)正線上則被三端(duān)穩壓器R阻擋,前置(zhi)放大器地線回路(lu)的㊙️電阻比電阻r小(xiǎo)很多☂️，由于電阻r的(de)分壓作用,渦街流(liu)量計的前置放大(da)級♻️器地線中隻有(yǒu)很小的地線電⭐流(liu)。壓電晶體的有效(xiào)信号經放大後,由(you)🧡光隔離器件隔離(li)輸出，采用這種辦(bàn)法地線電流的幹(gàn)擾至少可以降低(di)😍一個數量級🈲。
　　可以(yǐ)看出,使用光隔離(lí)限流抗幹擾時爲(wèi)了使電源電壓有(you)足夠的餘量以阻(zǔ)擋跨步電壓,信号(hào)放大器的地線與(yǔ)壓電晶體的地線(xiàn)之間必須很好連(lián)接,才能保證前置(zhi)放大器地🛀線回路(lù)電阻極小。同時直(zhí)流電源電壓的.選(xuǎn)擇應💰符合下式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shì)中:V1爲電源電壓;V2爲(wèi)放大器用的電壓(ya);VR爲三端穩壓器VR的(de)最低電👉壓;V2ƒ爲電阻(zu)r兩端交流電壓雙(shuang)峰值。
　　機械振動對(dui)渦街流量計的幹(gàn)擾更爲普遍，抗機(ji)械振動千擾的措(cuò)施還要從渦街流(liú)量計的基本原理(li)人手。
　　渦街流量計(jì)的敏感元件即壓(ya)電晶體,封裝在阻(zu)流體或稱旋渦發(fā)生體内，流體流經(jing)阻流體時,阻流體(ti)兩側交替産生旋(xuán)渦，旋渦的脈動壓(yā)力作用于壓電晶(jīng)體，使其産生與旋(xuán)渦💰頻率或測量流(liú)量對應的信号電(dian)壓,經放大、觸發等(deng)信号處理後轉換(huàn)成脈沖信号輸出(chū)。同時,管道的機械(xiè)振動也同樣作用(yong)于壓電晶體,使其(qi)産生♈對應于振動(dong)頻率的信号,這個(gè)⛱️振動幹擾信号與(yu)流量📧測量有效信(xìn)号無法分開。隻有(you)當有效信号幅值(zhi)超過幹擾信号幅(fú)值時,才能由門限(xiàn)‼️取出有效信号。機(jī)械振動幹擾🈲信号(hào)的最大幅值就成(chéng)爲被測流量的信(xìn)号幅值下限,即量(liang)程下限。
　　爲了使渦(wo)街流量計盡可能(neng)測量低流速、小流(liu)量,必須提高💛信✌️噪(zao)比，即盡量提高有(yǒu)效流量信号的幅(fu)值而降❗低機械振(zhen)動幹擾信号的幅(fu)值。改進阻流體的(de)結構形❤️狀,使傳感(gan)器能更好地💘接收(shou)旋渦的脈動壓🚩力(li),可使有效信号幅(fú)值提高。但更有效(xiào)的辦法是在旋渦(wō)發生體的兩側封(fēng)裝對應的兩塊壓(yā)電晶體,即🏃‍♂️采用差(cha)動壓電🏃‍♀️傳感器和(hé)差動放大電路(見(jian)圖3)。由于機械振動(dòng)對2塊壓電晶體的(de)作用力是--緻的,而(ér)流體旋⛷️渦在阻流(liu)體兩側🐅是交替産(chan)生的,通❗過🐅差動放(fang)大後,2塊壓電晶體(tǐ)相同的機械振動(dòng)信号相互抵消削(xuē)減,2塊壓電晶體相(xiang)反的流量信号相(xiàng)加後增強。于是,大(dà)大降低了🧡機械振(zhen)動信🌈号的幹擾。
 
4結(jie)束語
　　電磁于擾和(he)機械振動幹擾是(shi)渦街流量計的重(zhong)要幹擾因🙇🏻素,限✂️制(zhi)了量程下降,影響(xiǎng)渦街流量計在低(di)流速、小流量測量(liàng)中💜的使用。通過在(zài)電路上設計采用(yòng)光隔👉離限流抗幹(gan)擾措施,可以有效(xiao)解決地線電流的(de)幹擾♈，解決抗電磁(cí)幹擾的主要問題(ti);結構設計♈上采用(yòng)雙壓電晶體的差(chà)動壓電傳感器和(hé)差動放大電路可(ke)消🐉除機械振動的(de)幹擾。以上兩種抗(kang)幹擾措施共同☁️采(cai)用的結果,可以将(jiāng)渦街流量計的量(liang)程下限擴展至原(yuan)量程下限的1/2~1/3。

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