0引言
　　近年(nian)來，振動測(ce)量技術得(dé)以在航空(kōng)、航天、電子(zi)、船舶等多(duo)領域發展(zhan)和應用，呈(cheng)現出良好(hao)的發展态(tài)勢，也🎯因此(cǐ)成爲了學(xué)者們争相(xiang)研究的熱(rè)點話題。振(zhèn)動測⭕量技(jì)術是運用(yong)現代檢測(ce)手段實現(xiàn)對機械結(jié)構振動的(de)檢測，測量(liàng)其流體的(de)振動頻率(lǜ)，進而确定(dìng)流體在管(guǎn)道中流速(sù)與流量，而(er)渦街流量(liàng)計正是一(yī)種基于振(zhen)動測量原(yuan)理的流量(liàng)測量儀表(biǎo)，其主要用(yong)來測量渦(wō)街流體在(zai)管道中産(chan)生的旋渦(wo)頻率，是依(yi)據流體振(zhèn)動🏃‍♀️頻率與(yǔ)流速之間(jian)的比例關(guān)系的原理(lǐ)來工作的(de)。渦街流量(liàng)計應用過(guò)程中需要(yao)利用振動(dòng)檢測技術(shu)，将振動量(liàng)轉💃化爲相(xiàng)對應的電(dian)荷📱量，并将(jiang)電荷♻️量轉(zhuǎn)化爲電壓(ya)量，而電荷(hé)放大器在(zai)這🎯其中起(qi)了關📞鍵性(xing)作用，由此(ci)也成了本(běn)文的研究(jiū)重點，爲了(le)提☔升渦街(jie)流量計的(de)測量精度(du)。
1振動測量(liàng)内容介紹(shao)
　　振動測量(liang)技術是一(yī)種現代常(chang)用的流量(liàng)測量方法(fa)之一，其依(yī)據振動測(ce)量基本原(yuan)理對機械(xie)結構振動(dong)👉進行檢測(ce)，并将㊙️振動(dòng)運動量轉(zhuǎn)化爲與之(zhi)成一定比(bi)例的電學(xue)或是♈其它(ta)易于觀察(cha)、分析和處(chu)理的物理(li)💯信号，最後(hou)通過對該(gāi)📱信号頻率(lǜ)的計算分(fen)析，獲取機(jī)械振動結(jié)構的振動(dòng)特性，從而(er)實現對🌏機(jī)械設備振(zhèn)動的測量(liàng)。
　　振動測量(liàng)可根據結(jié)構振動的(de)類型，将儀(yí)器設備的(de)💋振動信🆚号(hao)分爲兩類(lèi):确定性振(zhen)動和随機(ji)振動，本文(wen)所研究渦(wō)街流量計(ji)中流體所(suǒ)引起的振(zhen)動，是其中(zhōng)♈的确定性(xìng)振動🌈，利用(yòng)振動傳感(gǎn)器實現振(zhèn)動信号的(de)👄采集，對流(liú)體的振動(dong)頻率進行(háng)🈲測量，從而(ér)可以推算(suàn)出流體的(de)流量與速(su)度。該基于(yu)振動測量(liang)技術原理(lǐ)的渦街流(liú)量計目前(qian)已經被廣(guang)♈泛用于氣(qì)體、液體和(he)蒸汽流量(liang)的測量。同(tong)時，渦街流(liú)量計對于(yú)振動測量(liang)來說是檢(jian)測流體振(zhèn)動的特征(zhēng)參數，在具(jù)體的測量(liang)過程中可(kě)采用的方(fāng)法有三類(lèi):機械量法(fǎ)、光測💚法和(he)電測法，本(ben)文所研究(jiu)的渦街流(liu)量計中的(de)振動測量(liàng)🔅技術采用(yòng)的是電測(ce)法，運用振(zhèn)動測量傳(chuán)感器獲取(qǔ)機械振動(dong)信号,并将(jiāng)其轉🏃🏻化成(cheng)電信号，通(tōng)過電荷放(fang)大器進行(hang)🥰調理放大(da)，進而确定(ding)流體在管(guan)道中流速(sù)與流量。
2振(zhèn)動測量系(xi)統的構成(chéng)
　　根據上述(shu)内容可知(zhi)，本文振動(dòng)測量系統(tong)研究中采(cai)用的是⭐電(dian)測法，這是(shì)振動測量(liang)中常用方(fāng)法，與光測(ce)🔞法和機械(xie)法比較而(ér)言，該方法(fǎ)具有使用(yong)頻率範圍(wéi)寬，動态🧑🏽‍🤝‍🧑🏻範(fan)圍廣，測量(liàng)靈敏度高(gao)等優勢✌️，而(er)且電測法(fa)能夠适用(yòng)于不同的(de)測振傳感(gan)器，而信号(hào)🤩也便于被(bèi)記錄、處理(li)和傳送。由(you)此，本文中(zhong)的振動測(cè)量系統主(zhu)❓要由:振動(dong)傳感器、電(diàn)荷放大器(qi)、信号分析(xi)儀等構成(cheng)，如圖1所示(shi)。

2．1振動測量(liàng)傳感器
　　振(zhen)動測量傳(chuán)感器是獲(huò)取振動信(xin)息的重要(yào)裝置，是㊙️振(zhen)🐕動測量系(xì)統的核心(xīn)部分，其種(zhǒng)類很多，在(zai)具體的應(ying)用測量中(zhong)應結合不(bu)同的測量(liàng)方法和目(mù)的選用不(bú)同的🐉傳感(gan)器，以保證(zhèng)測量效果(guǒ)。現代振動(dong)測量傳感(gan)器完全🏃‍♀️改(gai)變了傳統(tǒng)的獨立❗機(jī)械測量裝(zhuang)置，已經成(cheng)爲整個振(zhen)動測量系(xi)統的一個(ge)重要組成(cheng)部分，用💃來(lái)檢測位移(yi)🈲、速度、加速(sù)度、頻率和(hé)相位，而且(qie)還與電荷(hé)放大器等(děng)相關👣電子(zi)線路存在(zai)密🈚切相關(guān)性。
　　同時，振(zhèn)動測量傳(chuan)感其在機(ji)電變換原(yuán)理方面存(cun)在差😄異性(xing)，輸✍️出的電(dian)量形式并(bìng)不相同，一(yī)般會将機(ji)械量的振(zhen)動信号轉(zhuan)化👉爲電阻(zǔ)、電感等電(diàn)參數的變(biàn)化，而且要(yao)設置專有(you)的測量路(lu)線以便針(zhen)對不同的(de)機✔️電變化(hua)原理，将傳(chuan)感器的輸(shū)出⚽電量轉(zhuan)化成爲後(hòu)續顯示、記(jì)錄、分析儀(yi)所接受🎯的(de)電信号形(xíng)式。
2．2電荷放(fang)大器
　　電荷(he)放大器能(neng)夠将傳感(gan)器輸出的(de)微弱電荷(he)信号轉化(huà)爲放大的(de)電壓信号(hào)，同時又能(neng)夠将傳感(gan)器的高阻(zǔ)抗輸🔴出轉(zhuǎn)換成✔️低阻(zǔ)抗輸出，并(bìng)成功驅動(dong)後續電路(lu)。同💔時，在振(zhèn)動測量中(zhong)，鑒于🐕振動(dong)傳感器在(zai)特性上呈(cheng)現出的差(cha)異性，測量(liang)參數涉及(ji)位移、速度(du)以及✏️加速(sù)度，而且這(zhè)些被測振(zhen)動量的峰(fēng)值㊙️、振動頻(pin)率、周期和(he)相位差等(děng)相關參數(shù)也應該包(bao)含其中，由(yóu)此，爲🚩了使(shi)測量參數(shù)能夠以最(zuì)佳的方式(shi)獲得，在振(zhèn)動傳感器(qi)與信号分(fen)析儀之間(jiān)需要設置(zhi)電荷放大(dà)器以☂️實現(xian)對位移、速(sù)度和加速(sù)度等不同(tong)電荷量信(xin)号的放大(dà)，并将其轉(zhuǎn)化成電壓(yā)或是電流(liu)信号。
2．3振動(dòng)信号分析(xi)儀
　　振動信(xin)号分析儀(yi)能夠顯示(shì)振動的測(cè)量參數“加(jiā)速🈚度，速度(du)，位移值”，現(xiàn)場數據采(cǎi)集及分析(xī)功能，還可(kě)以正确診(zhen)斷(如:不平(ping)衡，不對中(zhong)，機械松動(dong)，軸承故障(zhang)，齒輪箱故(gù)💃🏻障)引起的(de)振動過大(dà)，指出故障(zhang)發生的位(wèi)置及損壞(huai)程度，從而(ér)全面的掌(zhang)握機器設(shè)備的運行(hang)狀況及發(fa)展趨勢。
3渦(wo)街流量計(ji)的工作原(yuán)理
　　本文渦(wo)街流量計(ji)是基于”卡(ka)門渦街“原(yuán)理而發展(zhǎn)而來的🙇‍♀️一(yī)種流量測(cè)量儀器，其(qí)利用流體(ti)振動原理(li)實現流量(liang)的測量。渦(wo)街流量⛷️計(ji)是在流體(tǐ)的垂直流(liu)向上安裝(zhuang)一根或是(shi)多跟非流(liu)線🈲型旋渦(wo)發生體，在(zài)流💁體的流(liu)速達到特(tè)定比值時(shi)，會在阻流(liu)體的兩側(cè)各自釋放(fang)分離出兩(liang)串規則💁的(de)旋轉方向(xiang)相反的旋(xuan)渦，而且在(zai)一定的一(yī)定雷諾數(shu)範圍内流(liú)體的振動(dòng)頻率與流(liu)速成相關(guān)性，運用㊙️振(zhen)動檢測🚩技(ji)術檢測旋(xuán)渦分離頻(pin)率就能夠(gòu)推算出流(liu)體的平均(jun)流速和流(liú)量🈲，具體的(de)工作原理(lǐ)如圖✂️2所示(shi)。

　　當前(qian)，渦街流量(liàng)計已經成(cheng)爲主要流(liú)量測量儀(yí)器之一，因(yin)其測量可(ke)靠性好，測(cè)量範圍寬(kuān)而被廣泛(fàn)應用🔆于石(shi)油、化工、發(fā)電等領域(yù)，在對液體(tǐ)、氣體、蒸汽(qì)的流量計(ji)量及檢測(ce)和控制方(fang)面呈現良(liáng)好的利用(yòng)價值。然而(er)，因爲渦街(jie)流量計是(shì)利用振動(dòng)測量技術(shu)實現🔅流體(tǐ)測量的，其(qí)較易受到(dao)外界的幹(gan)擾，影響了(le)其測量精(jing)度;同時，由(you)🏃🏻‍♂️于渦街傳(chuan)感器傳輸(shū)的信号微(wei)弱，在噪聲(shēng)的影㊙️響下(xia)小流量測(ce)🚩量受限。爲(wèi)了保證渦(wō)街流㊙️量📧計(jì)的測量精(jīng)度，應充分(fen)地利用振(zhèn)動檢測技(ji)術，并減小(xiao)電荷放大(da)電路的噪(zao)聲，從而提(ti)高其應用(yòng)性能。
4振動(dòng)檢測技術(shu)在渦街流(liu)量計中的(de)應用
4．1渦街(jie)流量計流(liú)體振動檢(jian)測
　　渦街流(liú)量計采用(yong)的是上述(shu)振動測量(liàng)技術實現(xian)流體🔴檢測(cè)的，對于渦(wo)街流量計(ji)的振動檢(jiǎn)測而言，其(qi)隻需檢🌍測(cè)流體振💋動(dòng)的特征參(cān)數，也即流(liú)體在具體(tǐ)應用管道(dao)㊙️中産生的(de)旋渦頻率(lǜ)即🍉可實現(xiàn)振動測量(liàng)獲⚽取振動(dong)測💛量信号(hao)。當前，渦街(jie)流量計中(zhong)應用的振(zhèn)動🚶‍♀️檢測方(fang)式可采用(yòng):壓電式和(he)電容式，壓(ya)電式是通(tong)過交替旋(xuan)渦導🥵緻的(de)壓力脈動(dòng)使其檢測(ce)元件壓電(diàn)晶體産生(sheng)電💰脈沖來(lai)進行檢測(ce)的，而電容(róng)式的檢測(ce)元🌈件是電(dian)容，其通過(guo)旋渦産生(shēng)的壓差促(cù)使電容量(liang)改變差值(zhí)來🛀實現振(zhèn)動測量，其(qí)中壓電元(yuan)件在響應(ying)速✂️度，以及(ji)其不易受(shou)流體密度(dù)、粘度和溫(wen)度的影響(xiǎng)，具有良好(hao)的穩✉️定性(xìng)，由此得以(yǐ)在渦街流(liu)量計中廣(guǎng)泛😘應用。渦(wō)街流量計(jì)流體振動(dong)檢測具體(ti)如圖3所示(shi)。

　　本(ben)文渦街流(liu)量計振動(dòng)測量系統(tong)中的壓電(dian)式傳感器(qì)的輸出的(de)微弱電信(xìn)号，同上述(shù)振動測量(liang)系統一樣(yang)需💞要将電(dian)荷信号經(jīng)過高輸入(rù)阻抗的前(qian)置放大器(qi)的阻抗交(jiāo)換👅之後，才(cai)能夠将借(jiè)助于放大(da)檢波電路(lù)将傳感器(qi)信号傳輸(shū)到顯示儀(yí)表或實✌️現(xiàn)遠程傳🏃🏻輸(shū)，這一過程(chéng)都是依據(ju)振❌動檢測(cè)的相關原(yuán)理和技術(shù)來完成的(de)。
4．2渦街流量(liàng)計傳感器(qì)
　　渦街流量(liang)計傳感器(qi)采用壓電(dian)傳感器，該(gai)傳感器測(cè)量效率高(gāo)，可不用直(zhí)接接觸測(ce)量介質就(jiu)能實現流(liu)體測量，通(tōng)🤩常運用壓(yā)電元件的(de)應力檢測(ce)方法來進(jìn)👌行振動🔞頻(pin)率的測量(liàng)，具體操作(zuo)過程是将(jiang)有漩渦産(chǎn)生的交替(ti)變化的壓(yā)力轉化爲(wèi)壓電傳感(gan)器電荷信(xìn)号，電荷信(xin)号的變化(hua)頻率與旋(xuan)渦脫落💋頻(pín)率相同，經(jīng)過電子線(xiàn)路處理後(hòu)的交變電(dian)荷轉化成(cheng)旋渦頻率(lǜ)，因旋渦頻(pin)率與流體(ti)流量成正(zhèng)相關性，由(you)此也就得(dé)到❗了流體(tǐ)流量。利用(yong)壓電晶體(ti)元件進行(hang)旋渦分離(lí)頻率的檢(jiǎn)測，在柱體(ti)後部兩側(ce)實現旋渦(wō)的交替分(fen)離，從而促(cu)使壓力脈(mo)動的😄産生(shēng)，經安裝在(zai)主體候補(bǔ)尾流中順(shun)的🍉探頭檢(jian)測到🈲交👅變(bian)力，并使得(de)位于探頭(tóu)内部的壓(ya)電晶體元(yuan)件在交變(bian)力的壓力(li)作用下産(chǎn)生變電荷(he)🤞，交變電荷(he)信号在被(bei)檢測放大(dà)🔅器處理或(huo)數字信号(hao)處理後，輸(shū)出頻率信(xin)号，或是轉(zhuǎn)化成與流(liú)👅量成比例(li)的4～20mA直流标(biao)🌍準信号輸(shu)出。
4．3渦街流(liu)量計放大(dà)電路
　　渦街(jiē)流量計中(zhōng)傳感器所(suo)輸出的電(diàn)壓信号，需(xu)要放大電(dian)路将🏒其放(fang)大并對信(xìn)号進行處(chu)理，利用振(zhen)動測量技(ji)術的🌈測量(liàng)電路關鍵(jian)在于前置(zhì)放大器的(de)設置💃，其不(bu)僅能夠将(jiang)傳感器的(de)輸出信号(hào)從高阻抗(kàng)變爲低阻(zǔ)抗，還能夠(gou)将傳感器(qi)微弱的電(diàn)信号進行(hang)放大。前置(zhì)放大電路(lu)可采用電(dian)🌍壓放大器(qi)或是用帶(dai)電融反饋(kui)的電荷放(fàng)⭕大器，本文(wén)采用電荷(hé)放大器作(zuò)爲渦街流(liú)量計的轉(zhuǎn)換裝置，放(fang)大、濾波、整(zhěng)形後變成(cheng)頻率與🌈流(liú)速成正比(bi)的脈👣沖信(xin)号，然後進(jin)行🐇計數處(chu)理得到流(liú)量信号，以(yǐ)此來提高(gāo)渦街流量(liàng)計的抗幹(gàn)擾能力。
5結(jié)語
　　機械振(zhèn)動是一種(zhong)常見的現(xian)象，其直接(jiē)影響着機(jī)器精㊙️度和(he)正常運轉(zhuan)，而通過機(ji)械振動原(yuán)理發展而(ér)來的振動(dong)測量技術(shu)則是工☂️業(ye)控制和生(sheng)産中的重(zhong)要内容之(zhi)一，尤其與(yǔ)渦街流量(liàng)計中的振(zhen)動檢測原(yuan)理💞存在衆(zhong)多相通處(chù)，爲振動檢(jian)測技術在(zài)渦街流量(liàng)計中的應(ying)用提供了(le)可能性，由(yóu)此，本文針(zhēn)對渦街流(liú)量計中振(zhen)動檢🤟測技(jì)術的應用(yong)具有重要(yao)的理論意(yi)義㊙️和使用(yong)價值，并能(neng)夠推動㊙️渦(wo)街流量計(jì)的不斷創(chuàng)新發展提(ti)供相關依(yī)據。

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