摘要:通(tōng)過對普遍使(shǐ)用于壓電式(shì)渦街流量計(ji)
上的電荷放(fàng)大電路的理(li)論分析,對原(yuan)有的電路進(jìn)行🔴了💔改進。在(zài)電荷放大電(diàn)路中應用差(cha)動放大和引(yǐn)入直流電平(píng)的方法,提高(gao)了壓電式渦(wō)街流量計對(duì)低流速流體(tǐ)的測量性能(néng)，從而降低了(le)測量的最低(dī)下限值,并且(qiě)提高了測量(liang)精度♊和抗幹(gan)擾能力。将改(gai)🐉進後的渦街(jie)流量計
進行(hang)實驗,實驗表(biǎo)明,改進後的(de)渦街流量計(jì)的測量下限(xian)🎯從改進前的(de)22.3m³/h下降到18.5m³/h,最低(dī)下限處的不(bu)确定度從0.28%下(xia)降到0.165%,實驗結(jié)果證明改動(dong)是有效的。
0引(yin)言
由于渦街(jie)流量計的原(yuan)理相對簡單(dan),結構也不太(tài)複雜💃，因此最(zui)近幾年得到(dào)了飛速的發(fa)展。但是渦街(jie)流量計發展(zhan)起來的時間(jiān)還不長,本身(shēn)存在的--些問(wèn)題仍然沒有(you)得到很好的(de)解決。其中非(fei)常大的一個(gè)缺陷就是渦(wo)街流量計對(duì)低流速流體(ti)不敏感,當流(liú)速低時渦街(jie)檢測不到流(liú)體的旋渦,這(zhe)個缺陷的存(cún)在很大程度(du)上🌈限制了它(tā)的使用。工業(ye)中.常用的渦(wō)街🔴流量計檢(jiǎn)測旋渦頻率(lü)的方法是,在(zài)發生體尾部(bù)放置♻️一個壓(ya)電晶體,當有(yǒu)旋渦産生時(shi)會🐉因爲壓力(lì)的變化使壓(ya)電晶體産生(sheng)電荷信号,然(rán)後通過電荷(hé)放大電路将(jiang)電荷信号放(fàng)大。因此電荷(hé)放大電路的(de)優🙇♀️劣直接影(ying)響渦街流量(liàng)計的性能好(hǎo)壞問。本文通(tōng)過♈對電荷放(fàng)大電路的理(li)論分析并結(jié)合渦街流量(liàng)計自身的特(tè)👌點對原有的(de)電荷放大電(diàn)路👨❤️👨進行了改(gai)進㊙️,并在實驗(yan)中進行了🈲驗(yan)證,得到了很(hěn)好的實驗結(jié)果。
1電荷放大(dà)器的原理
壓(ya)電式渦街流(liú)量計的工作(zuo)原理是:當流(liu)體流過渦街(jie)發生體的🐆時(shí)候在流體中(zhōng)産生旋渦,旋(xuán)渦産生向💛.上(shàng)的升力,檢測(cè)元件把受到(dào)的升力以應(ying)力形式作用(yòng)在壓⛹🏻♀️電晶體(tǐ)😍元件上☂️，轉換(huan)成交變的電(diàn)荷信号,經💋電(diàn)荷放大、濾波(bo)、整形🐕後得到(dào)旋渦頻率信(xìn)号。電荷放大(da)電路的核心(xīn)是将壓電晶(jing)體.上受力産(chǎn)生的電荷轉(zhuan)換成電壓信(xìn)号。其電路結(jie)構🆚如圖1所示(shi)。
通過電路圖(tú)利用基爾霍(huò)夫電流定律(lü)可以得出如(rú)下電流關💛系(xi):
I2=-i1+i2（1）
根據歐姆定(dìng)律可以把式(shi)（1）寫成如下格(gé)式：
式中:Rƒ爲反(fan)饋電阻;Cƒ爲反(fan)饋電容;V0爲輸(shu)出電壓;Vt爲輸(shu)入電壓;Es爲💞壓(ya)電😍晶體産生(sheng)的等效電壓(ya);Cs爲信号源等(deng)效電容;Ce爲電(diàn)❗纜之間的❗分(fen)布電容。
将下(xià)面2個公式代(dai)入式(1):
從以上(shàng)理論分析可(ke)以得出以下(xià)結論:當運放(fang)的開環增益(yi)足夠大,下限(xian)頻率足夠低(dī)時,輸出電壓(ya)正比與輸入(rù)電荷量,這就(jiu)👈是電荷放大(dà)器的原理。
2改(gǎi)進的電荷放(fang)大電路
通過(guò)以上對電荷(hé)放大電路的(de)原理研究并(bing)結合渦街流(liu)量計本👌身的(de)一些特點,本(běn)文設計出了(le)如圖2所示的(de)電荷放大電(dian)路。本電路的(de)主要特點是(shi)采用差動放(fàng)大,而且爲了(le)增加🐉本.電路(lu)🐆的電壓👅信号(hao)的幅值和避(bi)免由于接地(di)而使低于地(dì)電位的有用(yòng)信号丢🈲失,在(zài)電路中✍️引入(rù)了一個⛱️直流(liu)電平,有效地(di)避免了信号(hào)在傳輸過♋程(cheng)中被削波。如(rú)圖2所示,運放(fang)A2和電阻😍R3、R4組成(chéng)了電👅壓跟随(sui)電路,使輸出(chu)電平能很好(hǎo)地穩定在🚩某(mǒu)一值上,電阻(zǔ)6R和電容C10可以(yǐ)抑制電源引(yin)起的幹擾。
3實驗研(yán)究
爲了對改(gai)進後的渦街(jiē)流量計電荷(hé)放大電路的(de)性能進行測(ce)試☎️,在氣體裝(zhuāng)置上進行了(le)實驗,并與改(gǎi)進前的✍️渦街(jiē)流量計的測(ce)量結果進行(hang)了比較。實驗(yan)結果顯示⭕,改(gai)進後的渦街(jiē)流量計在測(ce)量下限從改(gǎi)進前的22.3m³/h下降(jiàng)到18.5m³/h,最低下限(xian)處的不确定(dìng)度從0.28%下降到(dao)0.165%,因🏃🏻♂️此可以看(kàn)出改進後的(de)電🌈荷放大電(diàn)路使渦街流(liu)量🈲計本身的(de)性能❓得到了(le)提高。
4結論
本(ben)文通過對整(zhěng)個電荷放大(dà)電路的理論(lùn)分析,利用所(suo)得出的💋理✉️論(lun)結果并且兼(jian)顧到實際應(yīng)用中的具體(ti)情況來💜獲取(qu)電路的各個(ge)參數值,應用(yòng)于壓電式渦(wo)街流☔量計上(shàng)🚶性能優良的(de)電♊荷放大電(dian)路,并通過實(shi)驗驗證了改(gǎi)進的🔞結果是(shì)令人滿意的(de)。
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