摘(zhāi)要:從渦(wo)街流量(liàng)計 的基(jī)本工作(zuò)原理展(zhǎn)開,介紹(shào)了渦街(jie)流量計(ji)抗電磁(ci)幹擾和(hé)機械振(zhèn)動幹擾(rǎo)的措施(shī),采用這(zhe)種辦法(fǎ)，可以有(you)效擴展(zhǎn)渦街流(liu)量計的(de)量程下(xià)限,從而(ér)改進其(qi)性能。
1引(yin)言
　　在衆(zhong)多的流(liu)量檢測(ce)解決方(fang)案中,渦(wo)街流量(liang)計由于(yu)🈲測量精(jing)度高，壓(ya)力損失(shi)小,安裝(zhuāng)方便,不(bú)受被測(cè)介質物(wu)理性質(zhi)🔴的影響(xiǎng),信号便(biàn)于遠傳(chuán)等特點(dian),應用技(ji)術日趨(qū)完善,尤(you)其在大(da)管徑和(hé)水、油等(děng)液💯體介(jiè)質的流(liú)量測量(liàng)方面應(yīng)用更加(jia)廣泛。
　　渦(wo)街流量(liang)計是基(ji)于流體(ti)動力學(xué)中的卡(ka)門渦街(jiē)原理制(zhi)成的。在(zài)一定的(de)雷諾數(shù)範圍内(nei),流體的(de)流速或(huò)體積流(liu)量和旋(xuan)渦頻率(lǜ)成正比(bǐ)而與流(liu)體的物(wù)理性☂️質(zhi)(壓力💘、溫(wen)度、密💜度(dù)等)無關(guan),即:
Q=kƒ
　　式中(zhōng):Q爲一體(tǐ)積流量(liang);k爲儀表(biǎo)常數;ƒ爲(wèi)旋渦頻(pin)率。根據(jù)上述測(ce)量🤟原理(lǐ),渦街流(liú)量計的(de)一個特(tè)點就是(shi)易受💃🏻電(diàn)磁🛀🏻和機(ji)械振動(dong)的☎️幹擾(rǎo),由此造(zao)成在一(yī)些場合(hé)限制了(le)渦街流(liú)量計的(de)正常使(shǐ)用,這也(yě)是渦街(jiē)流量計(ji)的工作(zuò)條件。解(jiě)決抗🔞幹(gan)擾問題(ti)是擴展(zhan)量⭐程下(xià)限、改進(jìn)渦街流(liu)量計的(de)有效途(tu)徑。
2工作(zuò)條件
　　渦(wo)街流量(liang)計的阻(zǔ)流體以(yǐ)壓電晶(jing)體檢測(ce)旋渦頻(pín)率,所得(de)壓電信(xìn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻号經交(jiāo)流放大(da)和觸發(fa)器,将旋(xuán)渦頻率(lü)♉變成脈(mò)沖㊙️信号(hao)。脈沖信(xin)号🏃🏻‍♂️送到(dao)二次儀(yi)表經換(huan)算後顯(xian)示被測(cè)流量。其(qi)中，交流(liu)放大器(qi)的放大(da)倍數K和(he)觸🌍發器(qì)的門㊙️限(xiàn)電壓U可(kě)♌以調整(zhěng)，如圖1所(suǒ)示。
 
　　圖1中(zhōng)信号電(diàn)壓爲E、幹(gan)擾信号(hao)折算到(dao)輸人端(duān)爲V、門限(xian)電壓U折(she)算🐕到輸(shū)人端爲(wei)u、交流放(fàng)大倍數(shù)爲K.因u=UK,故(gu)調整K或(huò)者U的效(xiao)🤩果是相(xiàng)同的。爲(wei)了使門(mén)限電壓(ya)能阻止(zhǐ)幹擾信(xin)号以保(bao)證🈚觸發(fā)器能輸(shū)出有效(xiao)信号,必(bi)須使幹(gàn)擾信号(hào)V小👉于門(mén)限電壓(yā)u,而有效(xiao)信号電(dian)壓E大于(yú)門限電(dian)壓u,即渦(wo)街流量(liang)計的工(gōng)💯作條件(jiàn)是:
E>u>V
　　幹擾(rǎo)信号V的(de)大小決(jue)定渦街(jiē)流量計(ji)的量程(cheng)下限。因(yin)此📧擴展(zhan)♉渦街流(liu)量計的(de)量程下(xià)限必須(xu)從降低(dī)幹擾信(xìn)号V入手(shǒu)💁。調整交(jiao)流放大(da)倍數K隻(zhī)能對輸(shu)出信号(hao)加
強，而(er)量程下(xià)限并不(bu)能得到(dào)擴展。
3抗(kang)幹擾措(cuò)施
　　渦街(jiē)流量計(ji)的幹擾(rao)信号主(zhu)要有電(diàn)磁千擾(rao)和機械(xie)(振動幹(gan)擾兩⛱️種(zhong),如何解(jiě)決這兩(liang)種抗千(qiān)擾問題(ti)就成爲(wei)改進渦(wo)街流量(liang)計🈲的關(guan)㊙️鍵。
　　渦街(jiē)流量計(ji)通常采(cǎi)用金屬(shǔ)外殼,外(wài)殼的屏(ping)蔽效應(ying)可以防(fáng)止電場(chǎng)和射頻(pín)幹擾;對(dui)于磁場(chǎng)的幹擾(rao),可以在(zai)内部電(dian)路設計(ji)中🤟通過(guò)💘優選非(fēi)磁性元(yuán)件、印刷(shua)電路闆(pǎn)合理布(bu)線等辦(ban)法❗解決(jué),随着電(dian)子🏃🏻技術(shù)的發展(zhǎn)和制造(zào)工藝的(de)完善🏃‍♂️也(ye)不成問(wen)題。因此(cǐ)抗🛀🏻電磁(ci)幹擾主(zhǔ)要是抗(kàng)地線電(dian)流幹擾(rao)。
　　渦街流(liú)量計的(de)壓電晶(jīng)體裝在(zài)阻流體(tǐ)結構上(shàng),壓電晶(jīng)體的🌏一(yī)端接外(wài)殼,故信(xin)号前置(zhì)放大器(qì)必然接(jiē)地。渦街(jiē)流量計(ji)的輸出(chū)信号送(sòng)到二次(cì)儀表,而(ér)信号放(fàng)大所需(xu)的直流(liu)電源又(yòu)由二次(ci)❤️儀表提(ti)供。壓電(dian)晶體👅的(de)地線與(yǔ)二次儀(yi)表的地(dì)線之間(jiān)極可能(neng)存在跨(kuà)步電壓(yā)形成電(dian)流。這個(ge)電流在(zai)信号放(fang)大器的(de)地線中(zhong)☔流過就(jiu)會有壓(ya)降,這個(ge)壓降與(yu)有效信(xin)号叠加(jia)在一起(qi),無法分(fèn)🤞離,就是(shi)地線電(dian)流幹擾(rǎo)。
　　地線電(diàn)流幹擾(rao)的解決(jué)措施是(shi)減小或(huò)消除了(le)地線電(dian)流，最徹(chè)底的辦(bàn)法是把(bǎ)二次儀(yí)表來的(de)直流電(dian)源🤟隔離(li)。即将直(zhí)流電源(yuán)♍經變壓(yā)器隔離(lí)後再整(zhěng)流成直(zhí)流供給(gěi)渦街流(liu)量計,使(shi)二次儀(yi)表的地(di)線與壓(ya)電晶💋體(tǐ)的地線(xian)之間無(wu)任何電(dian)氣連接(jiē)。同時有(you)效測量(liang)信号經(jing)前置放(fang)大後變(biàn)成脈沖(chong)信号,經(jīng)脈沖變(bian)壓器輸(shu)🤟至二次(ci)儀表,根(gēn)本上消(xiāo)除地線(xiàn)電流的(de)影響，是(shi)一種💔極(ji)其有效(xiào)的抗幹(gàn)擾措施(shi)。然而變(biàn)壓器隔(gé)離的辦(ban)法成本(běn)相對較(jiao)高,體積(jī)又大,制(zhì)造工藝(yì)上不容(rong)易實現(xiàn)🧡,大大降(jiàng)低🌈了實(shi)用性。光(guāng)隔離限(xian)流抗幹(gàn)擾措施(shi),能有效(xiào)減小地(dì)線電流(liú)的千擾(rǎo)。原理如(rú)圖2所示(shi)。
 
　　圖中，a是(shì)壓電晶(jīng)體的接(jiē)地點,b是(shi)二次儀(yí)表的接(jiē)地點。在(zai)地線回(huí)路中接(jiē)人電阻(zǔ)r,于是a、b兩(liǎng)點間的(de)地線電(diàn)流被電(dian)阻r限制(zhì),a、b兩點間(jiān)💋的電壓(yā)降在電(diàn)阻r兩端(duān)。電阻r兩(liang)端的電(diàn)壓降反(fan)映到電(dian)源正線(xiàn)🌍上則被(bèi)三端穩(wěn)壓器R阻(zǔ)擋,前置(zhì)放大器(qì)地線回(hui)路的電(diàn)阻比電(diàn)阻r小很(hen)多㊙️，由于(yu)電阻r的(de)分壓作(zuo)用,渦街(jie)流量計(ji)的前置(zhì)放大級(jí)✂️器地線(xiàn)中隻有(you)很小的(de)地線電(diàn)流。壓電(dian)晶體的(de)♋有效信(xìn)号經放(fàng)大後,由(you)🐇光隔離(li)器件隔(gé)離輸出(chū)，采用這(zhe)種辦法(fa)地線電(dian)流的幹(gàn)擾至少(shao)可以降(jiang)低一個(ge)數量級(jí)。
　　可以看(kan)出,使用(yòng)光隔離(li)限流抗(kàng)幹擾時(shi)爲了使(shǐ)電源電(dian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓有⁉️足(zu)夠❤️的餘(yu)量以阻(zu)擋跨步(bu)電壓,信(xin)号放大(da)器的地(di)線與壓(ya)電晶體(tǐ)的地線(xian)之間必(bi)須很好(hao)連接,才(cai)能保證(zheng)前置放(fàng)大器地(dì)線回路(lu)✉️電阻極(ji)小。同時(shi)直流電(dian)源電壓(yā)的.選擇(ze)應符合(hé)下式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shi)中:V1爲電(dian)源電壓(yā);V2爲放大(dà)器用的(de)電壓;VR爲(wei)三端穩(wen)壓器VR的(de)最低電(diàn)壓;V2ƒ爲電(diàn)阻r兩端(duān)交流電(dian)壓雙峰(feng)值。
　　機械(xie)振動對(duì)渦街流(liu)量計的(de)幹擾更(gèng)爲普遍(bian)，抗機械(xie)振動千(qiān)擾的措(cuo)施還要(yao)從渦街(jie)流量計(jì)的基本(běn)原理👨‍❤️‍👨人(rén)手。
　　渦街(jie)流量計(ji)的敏感(gan)元件即(jí)壓電晶(jīng)體,封裝(zhuang)在阻流(liu)🏃🏻體或稱(cheng)旋渦發(fa)生體内(nei)，流體流(liú)經阻流(liú)體時,阻(zǔ)流體兩(liǎng)側交替(tì)産生旋(xuan)渦，旋渦(wo)的脈動(dòng)壓力作(zuo)用于壓(yā)電晶體(ti)，使其産(chan)生與旋(xuan)渦頻率(lǜ)或測量(liàng)流量對(duì)應的信(xìn)🥰号電壓(yā),經㊙️放大(dà)、觸發🈲等(deng)信号處(chu)理後轉(zhuǎn)換成脈(mo)沖信🙇🏻号(hao)輸出。同(tong)時,管道(dào)的機械(xie)振動也(ye)同樣作(zuò)用于壓(ya)電晶體(tǐ),使其産(chǎn)生對應(ying)于振動(dòng)頻率的(de)信号,這(zhe)個振動(dòng)🏃幹擾信(xin)号與流(liu)量🤟測量(liang)有🈚效信(xin)号無法(fǎ)分開。隻(zhi)有當有(yǒu)效信号(hao)幅值超(chao)過幹擾(rǎo)信号幅(fu)值時,才(cái)能由門(men)限🔴取出(chū)有效信(xin)号。機械(xie)振動幹(gan)擾信号(hao)的最大(da)幅值就(jiu)🙇🏻成爲被(bei)測流量(liang)的信号(hào)幅值下(xià)限,即量(liàng)程下限(xian)。
　　爲了使(shi)渦街流(liu)量計盡(jin)可能測(ce)量低流(liú)速、小流(liu)量,必須(xu)提高💋信(xìn)噪比，即(ji)盡量提(tí)高有效(xiao)流量信(xìn)号的幅(fú)值而降(jiàng)低機械(xie)振動幹(gan)🏃擾信号(hào)的幅值(zhi)。改進阻(zǔ)流體的(de)結構形(xíng)狀,使傳(chuán)感器能(néng)更好地(dì)接收旋(xuan)渦的脈(mo)動壓力(lì),可使有(you)效信号(hào)幅🌈值提(tí)高。但更(gèng)有效的(de)辦法是(shì)在旋渦(wo)發生體(tǐ)的兩側(ce)封裝對(dui)應的兩(liang)塊壓電(dian)晶體,即(jí)采用差(cha)動壓電(dian)傳感器(qi)和差動(dòng)放大電(dian)路(見圖(tu)3)。由于機(ji)械振動(dong)對2塊壓(yā)電晶體(tǐ)的作用(yòng)力是--緻(zhi)的,而流(liú)體♍旋渦(wo)在阻流(liú)體兩側(ce)是交替(ti)産生的(de),通過差(cha)動放大(dà)🌈後,2塊壓(yā)電✂️晶體(tǐ)相同的(de)機械振(zhen)動信号(hào)相互抵(dǐ)消削🚶‍♀️減(jiǎn),2塊壓電(diàn)晶體相(xiàng)反的流(liú)量信号(hao)相加後(hou)增強。于(yu)是🔞,大大(da)降低了(le)機械振(zhen)動信号(hào)的幹擾(rǎo)。
 
4結束語(yu)
　　電磁于(yu)擾和機(ji)械振動(dòng)幹擾是(shì)渦街流(liu)量計的(de)重要幹(gàn)擾因素(sù),限制了(le)量程下(xia)降,影響(xiang)渦街流(liu)量計在(zài)低流速(su)🚶‍♀️、小流量(liang)測量中(zhōng)的使用(yong)。通過在(zài)電路上(shang)設計采(cai)用光隔(ge)離限流(liú)抗幹擾(rao)措施,可(ke)以有效(xiào)解決地(di)線電流(liu)的幹擾(rǎo)👄，解決抗(kang)電🙇🏻磁幹(gàn)擾的主(zhǔ)要問題(tí);結構設(shè)計㊙️上采(cǎi)用雙壓(ya)電晶體(tǐ)的差🎯動(dòng)壓電傳(chuán)感器和(he)差動放(fang)⭐大電路(lù)可消除(chú)機械振(zhèn)動的幹(gàn)擾。以上(shàng)兩種抗(kàng)幹擾措(cuò)施共同(tóng)采用的(de)😍結果,可(kě)以将渦(wō)街流量(liàng)計的量(liang)程下限(xiàn)擴展至(zhi)原量程(cheng)下限的(de)1/2~1/3。

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