摘要:從渦(wo)街流量計(ji) 的基本工(gong)作原理展(zhan)開,介紹了(le)渦街流量(liang)計抗電磁(ci)✉️幹擾和機(ji)械振動幹(gan)擾的措施(shi),采用這種(zhong)辦法，可以(yi)有效擴展(zhan)渦街流量(liang)計的量程(cheng)下限,從而(er)改進其性(xing)⛷️能。
1引言
　　在(zai)衆多的流(liu)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(shi)小,安裝方(fang)便,不受被(bei)測介質物(wu)理性質的(de)影響,信号(hao)便于遠傳(chuan)等特點,應(ying)用技術日(ri)趨完善,尤(you)其在大管(guan)♉徑和水、油(you)等液體介(jie)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(zhong)的卡門渦(wo)街原理制(zhi)🔴成的⛹🏻‍♀️。在🌈一(yi)定的雷諾(nuo)數範圍内(nei),流體的流(liu)速或🥵體積(ji)流量和旋(xuan)渦頻率成(cheng)正比而與(yu)流體的物(wu)理性質(壓(ya)力、溫度、密(mi)✍️度等)無🈲關(guan),即:
Q=kƒ
　　式中:Q爲(wei)一體積流(liu)量;k爲儀表(biao)常數;ƒ爲旋(xuan)渦頻率。根(gen)據上❄️述測(ce)量原理,渦(wo)街流量計(ji)的一個特(te)點就是易(yi)受電磁和(he)機械振動(dong)的幹擾㊙️,由(you)此造成在(zai)一些場合(he)限制了渦(wo)街流量計(ji)的正常使(shi)用,這也是(shi)渦街流量(liang)計❄️的工作(zuo)條件。解決(jue)抗幹擾問(wen)題是擴展(zhan)量程下限(xian)、改進渦街(jie)流量計的(de)有效途徑(jing)。
2工作條件(jian)
　　渦街流量(liang)計的阻流(liu)體以壓電(dian)晶體檢測(ce)旋渦頻率(lü),所得❄️壓電(dian)信号經交(jiao)流放大和(he)觸發器,将(jiang)旋渦頻率(lü)變成脈沖(chong)信号。脈沖(chong)信号送到(dao)二次儀表(biao)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(men)限電壓U可(ke)以調整，如(ru)㊙️圖1所示。
 
　　圖(tu)1中信号電(dian)壓爲E、幹擾(rao)信号折算(suan)到輸人端(duan)爲V、門限電(dian)壓U折算到(dao)輸人端爲(wei)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(neng)阻止幹擾(rao)信号以保(bao)證觸發器(qi)能輸出有(you)效信号,必(bi)須使幹擾(rao)信号V小于(yu)門限電壓(ya)u,而有效信(xin)号電壓E大(da)于門限電(dian)壓u,即渦街(jie)流量計的(de)工作條件(jian)是:
E>u>V
　　幹擾信(xin)号V的大小(xiao)決定渦街(jie)流量計的(de)量程下限(xian)。因此擴展(zhan)渦街♊流量(liang)計的量程(cheng)下限必須(xu)從降低幹(gan)擾信号V入(ru)手。調整交(jiao)流放大🍓倍(bei)數K隻能對(dui)輸出信号(hao)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(wo)街流量計(ji)的幹擾信(xin)号主要有(you)電磁千擾(rao)和機械(振(zhen)🐉動幹擾兩(liang)種,如何解(jie)決這兩種(zhong)抗千擾問(wen)題就成爲(wei)改進渦街(jie)流量計🐪的(de)關鍵。
　　渦街(jie)流量計通(tong)常采用金(jin)屬外殼,外(wai)殼的屏蔽(bi)效應可💰以(yi)防止電場(chang)和射頻幹(gan)擾;對于磁(ci)場的幹擾(rao),可以🧡在内(nei)部電路設(she)計中通過(guo)優選非磁(ci)性元件、印(yin)刷電路闆(pan)合理布線(xian)等辦法解(jie)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(yao)是抗地㊙️線(xian)電流幹擾(rao)🥰。
　　渦街流量(liang)計的壓電(dian)晶體裝在(zai)阻流體結(jie)構上,壓電(dian)晶體的一(yi)端接外殼(ke),故信号前(qian)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(ci)儀表提供(gong)。壓電晶體(ti)的地線與(yu)二次儀表(biao)的地線之(zhi)間極可能(neng)存在跨步(bu)電壓形成(cheng)電流。這個(ge)電流在信(xin)号放大器(qi)的地線中(zhong)🔞流過就會(hui)有壓降,這(zhe)個壓降與(yu)🐅有效信号(hao)叠加在一(yi)起,無法分(fen)離,就是地(di)線電流幹(gan)擾。
　　地線電(dian)流幹擾的(de)解決措施(shi)是減小或(huo)消除了地(di)線🌈電流，最(zui)💞徹底的辦(ban)法是把二(er)次儀表來(lai)的直流電(dian)源♌隔離。即(ji)将❗直流電(dian)源經變壓(ya)器隔離後(hou)再整流成(cheng)直流供給(gei)渦街流量(liang)計,使二次(ci)儀表的地(di)線與壓電(dian)晶體的地(di)線🙇‍♀️之間無(wu)任何電氣(qi)連接。同時(shi)有效測量(liang)信号經前(qian)置放大後(hou)變成脈沖(chong)信号,經脈(mo)沖變壓器(qi)輸✂️至二次(ci)儀表,根🐪本(ben)上消除地(di)線電流的(de)影響，是一(yi)種🏒極其有(you)效的抗幹(gan)擾措施。然(ran)而變壓器(qi)隔離的辦(ban)法成本相(xiang)對較高,體(ti)積又大,制(zhi)造工藝上(shang)✍️不容易實(shi)現,大大降(jiang)低🌂了實用(yong)性。光📞隔離(li)限💯流抗幹(gan)擾措施,能(neng)有效減小(xiao)地線電流(liu)的千擾🏃🏻。原(yuan)理如圖2所(suo)示。
 
　　圖中，a是(shi)壓電晶體(ti)的接地點(dian),b是二次儀(yi)表的接地(di)點。在地線(xian)回路🔅中接(jie)人電阻r,于(yu)是a、b兩點間(jian)的地線電(dian)流被電阻(zu)r限🍉制,a、b兩😍點(dian)間的電壓(ya)降在電阻(zu)r兩端。電阻(zu)r兩端的電(dian)壓降反映(ying)到電♋源正(zheng)線🏃上則被(bei)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(bi)電🔞阻r小很(hen)多☔，由于電(dian)阻r的分壓(ya)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(dian)晶體的有(you)效信号經(jing)放大後,由(you)光隔離器(qi)件隔離輸(shu)出，采用這(zhe)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(kan)出,使用光(guang)隔離限流(liu)抗幹擾時(shi)爲了使電(dian)源電壓有(you)足夠的餘(yu)量以阻擋(dang)跨步電壓(ya),信号放大(da)器的地🈲線(xian)與壓電晶(jing)體的地線(xian)之間必須(xu)很好連接(jie),才能保證(zheng)前置放大(da)器地線回(hui)路電阻極(ji)小。同時直(zhi)流電源電(dian)壓的.選擇(ze)應符合下(xia)式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式中:V1爲(wei)電源電壓(ya);V2爲放大器(qi)用的電壓(ya);VR爲三端穩(wen)壓器⛹🏻‍♀️VR的最(zui)低電壓;V2ƒ爲(wei)電阻r兩端(duan)交流電壓(ya)雙峰值。
　　機(ji)械振動對(dui)渦街流量(liang)計的幹擾(rao)更爲普遍(bian)，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(ren)手。
　　渦街流(liu)量計的敏(min)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(ti)流經阻流(liu)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(shi)其産生與(yu)旋渦頻率(lü)或測量流(liu)量對應的(de)信号電壓(ya),經放大、觸(chu)發等信号(hao)處🏃‍♀️理後轉(zhuan)換㊙️成脈沖(chong)信🔞号輸出(chu)。同時,管道(dao)的機械振(zhen)動也同樣(yang)作用于壓(ya)電晶體,使(shi)其産生對(dui)應于振動(dong)頻率的信(xin)号,這個振(zhen)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(xin)号幅值時(shi),才能由門(men)限取出有(you)效信号。機(ji)械振動幹(gan)擾信号的(de)最大幅值(zhi)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(jie)流量計盡(jin)可能測量(liang)低流速、小(xiao)流量,必須(xu)😄提🌈高信🐅噪(zao)比，即盡量(liang)提高有效(xiao)流量信号(hao)的幅值而(er)降🏃‍♂️低機械(xie)振動幹擾(rao)信号的幅(fu)值。改進阻(zu)流體的結(jie)構形⛹🏻‍♀️狀,使(shi)傳感器能(neng)更好地接(jie)收旋渦的(de)脈動壓‼️力(li),可使有效(xiao)信号幅🧑🏽‍🤝‍🧑🏻值(zhi)提高。但更(geng)有效的🐆辦(ban)法是在旋(xuan)渦發生體(ti)的兩側封(feng)裝對應的(de)兩塊壓電(dian)晶體,即采(cai)用差動壓(ya)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(xuan)渦在阻流(liu)體兩側是(shi)交替産生(sheng)的,通過差(cha)動放大後(hou),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(jing)體相反的(de)流量信号(hao)相加後增(zeng)強。于是,大(da)大降低了(le)機械振動(dong)信号的幹(gan)擾。
 
4結束語(yu)
　　電磁于擾(rao)和機械振(zhen)動幹擾是(shi)渦街流量(liang)計的重要(yao)🔱幹擾因素(su),限制了量(liang)程下降,影(ying)響渦街流(liu)量計在低(di)流速、小流(liu)量測量中(zhong)🐆的使用。通(tong)過在電路(lu)上設計采(cai)用光隔離(li)限流🔆抗幹(gan)擾措施,可(ke)以有效🎯解(jie)決地線電(dian)流的幹擾(rao)，解決抗電(dian)磁幹擾的(de)主要問題(ti);結構設計(ji)上采用雙(shuang)壓電晶體(ti)的差動壓(ya)電傳感器(qi)和差動放(fang)大電路可(ke)消除機械(xie)振動的幹(gan)擾。以上兩(liang)種抗幹擾(rao)措施共同(tong)采用的結(jie)果,可以将(jiang)渦街流量(liang)計的量程(cheng)下限擴展(zhan)至原量程(cheng)下限的1/2~1/3。

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