摘(zhai)要:從渦(wo)街流量(liang)計 的基(ji)本工作(zuo)原理展(zhan)開,介紹(shao)了渦街(jie)流量計(ji)抗電磁(ci)幹擾💰和(he)機㊙️械振(zhen)動幹擾(rao)的措施(shi),采用這(zhe)種辦法(fa)，可以有(you)效🤩擴展(zhan)渦街流(liu)量計的(de)量程下(xia)限,從而(er)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(zhuang)方便,不(bu)受被測(ce)介質物(wu)理性質(zhi)🔞的影響(xiang),信号便(bian)于遠傳(chuan)等特點(dian),應用技(ji)術日趨(qu)完🔴善,尤(you)其在大(da)管⚽徑和(he)水、油等(deng)液體介(jie)質的流(liu)量測量(liang)方⛷️面應(ying)用更加(jia)廣泛。
　　渦(wo)街流量(liang)計是基(ji)于流體(ti)動力學(xue)中的卡(ka)門渦街(jie)原理🈲制(zhi)成的。在(zai)一定的(de)雷諾數(shu)範圍内(nei),流體的(de)流速或(huo)體積🛀流(liu)量和旋(xuan)💰渦頻率(lü)成正比(bi)而與流(liu)體的物(wu)理性質(zhi)(壓力🏃、溫(wen)度、密度(du)等)無關(guan),即:
Q=kƒ
　　式中(zhong):Q爲一體(ti)積流量(liang);k爲儀表(biao)常數;ƒ爲(wei)旋渦頻(pin)率。根據(ju)上述測(ce)量原理(li),渦街流(liu)量計的(de)一個特(te)點就是(shi)易受電(dian)磁和機(ji)械振動(dong)的📞幹擾(rao),由此造(zao)成在一(yi)些場合(he)限制了(le)渦街流(liu)量📱計的(de)正常使(shi)用,這也(ye)是🈲渦街(jie)流量計(ji)的工作(zuo)條件。解(jie)決抗幹(gan)擾問題(ti)是擴展(zhan)量程下(xia)限、改🔴進(jin)渦街流(liu)量計的(de)有效途(tu)徑。
2工作(zuo)條件
　　渦(wo)街流量(liang)計的阻(zu)流體以(yi)壓電晶(jing)體檢測(ce)旋渦頻(pin)率,所得(de)壓電信(xin)号經交(jiao)流放大(da)和觸發(fa)器,将旋(xuan)渦頻率(lü)變成脈(mo)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(ce)流量👈。其(qi)中，交流(liu)放大器(qi)的放大(da)倍數K和(he)觸發器(qi)的門限(xian)電壓U可(ke)以調整(zheng)，如圖1所(suo)示。
 
　　圖1中(zhong)信号電(dian)壓爲E、幹(gan)擾信号(hao)折算到(dao)輸人端(duan)爲V、門限(xian)電壓U折(she)算🍓到輸(shu)人端爲(wei)u、交流放(fang)大倍數(shu)爲K.因u=UK,故(gu)調整🌍K或(huo)者U的效(xiao)果是相(xiang)同的。爲(wei)了使門(men)限電壓(ya)能阻止(zhi)幹擾信(xin)号以保(bao)證觸發(fa)器能輸(shu)出💘有效(xiao)信🔴号,必(bi)須使幹(gan)擾信号(hao)V小于門(men)限電壓(ya)u,而有效(xiao)信号電(dian)壓E大于(yu)門限🧑🏽‍🤝‍🧑🏻電(dian)壓u,即渦(wo)街流量(liang)計的工(gong)❌作條件(jian)是:
E>u>V
　　幹擾(rao)信号V的(de)大小決(jue)定渦街(jie)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(xia)限必須(xu)從降低(di)幹擾信(xin)号V入手(shou)。調整交(jiao)流放大(da)倍數K隻(zhi)能對輸(shu)出信号(hao)加🈲
強，而(er)量程下(xia)限并不(bu)能得到(dao)擴展。
3抗(kang)幹擾措(cuo)施
　　渦街(jie)流量計(ji)的幹擾(rao)信号主(zhu)要有電(dian)磁千擾(rao)和機械(xie)(振動幹(gan)擾兩種(zhong),如何解(jie)決這兩(liang)種抗千(qian)擾問題(ti)就成爲(wei)改進渦(wo)💞街流量(liang)計的關(guan)鍵。
　　渦街(jie)流量計(ji)通常采(cai)用金屬(shu)外殼,外(wai)殼的屏(ping)蔽效應(ying)可以防(fang)👌止電場(chang)和射頻(pin)幹擾;對(dui)于磁場(chang)的幹擾(rao),可以在(zai)内部電(dian)路設計(ji)中通過(guo)優選非(fei)磁性元(yuan)件、印刷(shua)電㊙️路闆(pan)合理布(bu)線👄等辦(ban)法解決(jue),随着電(dian)子技術(shu)的發展(zhan)🐕和制造(zao)工藝的(de)完善也(ye)不成問(wen)題。因此(ci)抗電磁(ci)幹擾主(zhu)要是抗(kang)地線電(dian)流幹擾(rao)。
　　渦街流(liu)量計的(de)壓電晶(jing)體裝在(zai)阻流體(ti)結構上(shang),壓電晶(jing)體的一(yi)端接外(wai)殼,故信(xin)号前置(zhi)放大器(qi)必然接(jie)地💚。渦街(jie)流量👣計(ji)的輸出(chu)信号‼️送(song)到二次(ci)儀表,而(er)信号放(fang)大所需(xu)的直流(liu)電源又(you)💰由二次(ci)儀表提(ti)供。壓電(dian)晶體的(de)地線與(yu)二次儀(yi)表的地(di)線之間(jian)極可能(neng)存在跨(kua)步電壓(ya)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(fen)離,就是(shi)地線電(dian)流幹擾(rao)。
　　地線電(dian)流幹擾(rao)的解決(jue)措施是(shi)減小或(huo)消除了(le)地線電(dian)流，最徹(che)底的辦(ban)法是把(ba)二次儀(yi)表來的(de)直流電(dian)源隔離(li)🌂。即将⛹🏻‍♀️直(zhi)流電源(yuan)經變壓(ya)器隔離(li)後再整(zheng)流成直(zhi)🔞流供給(gei)渦街流(liu)量計,使(shi)二次儀(yi)表的地(di)線與壓(ya)電晶㊙️體(ti)的地線(xian)之間無(wu)任何電(dian)氣連接(jie)。同時有(you)效測量(liang)信号經(jing)前置放(fang)大後變(bian)成脈沖(chong)信号,經(jing)脈🌍沖變(bian)壓器輸(shu)至二次(ci)儀表,根(gen)本上消(xiao)除地線(xian)電流的(de)影響，是(shi)一種極(ji)其有效(xiao)的抗幹(gan)❌擾措施(shi)。然而變(bian)壓器隔(ge)離的辦(ban)法成本(ben)相對較(jiao)高,體積(ji)又大,制(zhi)造工藝(yi)上不容(rong)易實現(xian),大大降(jiang)低😄了實(shi)用性。光(guang)💃隔離限(xian)流抗幹(gan)擾措施(shi),能有效(xiao)減小地(di)線電流(liu)的千擾(rao)🈲。原理如(ru)圖2所示(shi)。
 
　　圖中，a是(shi)壓電晶(jing)體的接(jie)地點,b是(shi)二次儀(yi)表的接(jie)地點。在(zai)地線回(hui)路中接(jie)人電阻(zu)r,于是a、b兩(liang)點間的(de)地線電(dian)流被電(dian)阻r限制(zhi),a、b兩點間(jian)的電壓(ya)降在電(dian)阻r兩端(duan)。電阻r兩(liang)端的電(dian)壓降反(fan)😍映到電(dian)源正線(xian)上則被(bei)三端穩(wen)壓器R阻(zu)擋,前置(zhi)放大器(qi)地✂️線回(hui)路的♊電(dian)阻比電(dian)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(zhi)放大級(ji)器地線(xian)中隻有(you)很小的(de)地線電(dian)流。壓電(dian)晶體的(de)有效🌈信(xin)号經放(fang)㊙️大後,由(you)光隔離(li)器件隔(ge)離❗輸出(chu)，采用這(zhe)種辦法(fa)地線電(dian)流的幹(gan)擾至少(shao)可以降(jiang)低☔一個(ge)數量級(ji)。
　　可以看(kan)出,使用(yong)光隔離(li)限流抗(kang)幹擾時(shi)爲了使(shi)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(ti)的地線(xian)之間必(bi)須很好(hao)連接,才(cai)能保證(zheng)前置放(fang)🙇‍♀️大器地(di)線回路(lu)🌂電阻極(ji)🏃🏻‍♂️小。同時(shi)直流電(dian)源電壓(ya)的.選擇(ze)應符合(he)下式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shi)中:V1爲電(dian)源電壓(ya);V2爲放大(da)器用的(de)電壓;VR爲(wei)三端穩(wen)壓器🈲VR的(de)🤞最低電(dian)壓;V2ƒ爲電(dian)阻r兩端(duan)交流電(dian)壓雙峰(feng)值。
　　機械(xie)振動對(dui)渦街流(liu)量計的(de)幹擾更(geng)爲普遍(bian)，抗機械(xie)振動千(qian)擾的🛀🏻措(cuo)施還要(yao)從渦街(jie)流量計(ji)的基本(ben)原理人(ren)手。
　　渦街(jie)流量計(ji)的敏感(gan)元件即(ji)壓電晶(jing)體,封裝(zhuang)在阻流(liu)體或稱(cheng)旋渦發(fa)生體内(nei)，流體流(liu)經阻流(liu)體時,阻(zu)流體✏️兩(liang)側交替(ti)産生💃旋(xuan)渦，旋渦(wo)的脈動(dong)壓力作(zuo)用于壓(ya)電👄晶體(ti)，使其産(chan)生與旋(xuan)渦頻率(lü)或測量(liang)流量對(dui)應的信(xin)号電壓(ya),經放大(da)、觸發✔️等(deng)信号處(chu)❄️理後轉(zhuan)換❌成脈(mo)沖信✨号(hao)輸出。同(tong)時,管道(dao)的機械(xie)振動也(ye)同樣作(zuo)用于壓(ya)電晶體(ti),使其産(chan)生對應(ying)于振動(dong)頻率的(de)信号,這(zhe)個🈚振動(dong)幹擾信(xin)号與流(liu)量測量(liang)有🏒效信(xin)号無👌法(fa)分開。隻(zhi)有當有(you)效信号(hao)幅值超(chao)過幹擾(rao)信号幅(fu)值時,才(cai)能由門(men)限取出(chu)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(hao)幅😍值下(xia)限,即量(liang)程⛱️下限(xian)。
　　爲了使(shi)渦街流(liu)量計盡(jin)可能測(ce)量低流(liu)速、小流(liu)量,必須(xu)提高信(xin)噪比，即(ji)盡量提(ti)高有效(xiao)流量信(xin)号的幅(fu)值而降(jiang)低機械(xie)振動幹(gan)擾信号(hao)的幅值(zhi)。改進阻(zu)流體的(de)結構形(xing)🎯狀,使傳(chuan)感器能(neng)更好地(di)接收旋(xuan)渦的脈(mo)動壓力(li),可使有(you)效信号(hao)幅值提(ti)高。但🐕更(geng)有效的(de)辦法是(shi)在旋渦(wo)發生體(ti)的兩側(ce)封裝對(dui)應的兩(liang)塊壓電(dian)晶體,即(ji)采用差(cha)動壓電(dian)傳感器(qi)和差動(dong)👅放大電(dian)路(見圖(tu)3)。由于機(ji)械振動(dong)對2塊壓(ya)電晶體(ti)的作用(yong)力是--緻(zhi)的,而流(liu)體旋渦(wo)在阻流(liu)體兩側(ce)是交替(ti)産生的(de),通過差(cha)動放大(da)後,2塊壓(ya)電晶體(ti)相同的(de)機械振(zhen)動信号(hao)相互抵(di)消削減(jian),2塊壓電(dian)晶體相(xiang)反的流(liu)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(hao)的幹擾(rao)。
 
4結束語(yu)
　　電磁于(yu)擾和機(ji)械振動(dong)幹擾是(shi)渦街流(liu)量計的(de)重要幹(gan)擾🍉因素(su),限制了(le)量程下(xia)降,影響(xiang)渦街流(liu)量計在(zai)低流速(su)、小流量(liang)測量中(zhong)的使用(yong)。通過在(zai)電路上(shang)設計采(cai)用光隔(ge)離限流(liu)抗幹擾(rao)措施,可(ke)以有效(xiao)解決地(di)線電流(liu)的幹擾(rao)，解決抗(kang)電磁幹(gan)擾的主(zhu)要問題(ti);結構設(she)計上采(cai)用雙壓(ya)電晶體(ti)的差🤩動(dong)壓電傳(chuan)感器和(he)差動放(fang)大電路(lu)可消除(chu)機械振(zhen)動的幹(gan)擾。以上(shang)兩種抗(kang)幹擾措(cuo)施共同(tong)采用的(de)🤞結果,可(ke)以将渦(wo)街流量(liang)計的量(liang)程下✨限(xian)擴展至(zhi)原量程(cheng)下限的(de)1/2~1/3。

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