摘要:從渦(wō)街流量計(jì) 的基本工(gong)作原理展(zhǎn)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(yǐ)⭐有效❓擴展(zhan)渦街流量(liàng)計的量程(chéng)下限,從而(er)改進其性(xing)能。
1引言
　　在(zai)衆多的流(liú)量檢測解(jie)決方案中(zhong),渦街流量(liàng)計由于測(ce)量⛷️精度高(gāo)，壓力損失(shi)小,安裝方(fang)便,不受被(bei)測介質物(wù)理性質的(de)影響,信号(hao)便于遠傳(chuán)等特點,應(ying)用技術🈲日(rì)趨完善,尤(yóu)其在大管(guǎn)徑和水、油(yóu)等液🌏體介(jie)質的流🔴量(liàng)測量方面(miàn)應用更加(jia)廣泛。
　　渦街(jie)流量計是(shì)基于流體(tǐ)動力學中(zhong)的卡門渦(wō)街原理制(zhì)成的。在一(yi)定的雷諾(nuo)數範圍内(nèi),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(wù)理性質(壓(yā)力、溫度、密(mi)度等)無㊙️關(guan),即:
Q=kƒ
　　式中:Q爲(wei)一體積流(liú)量;k爲儀表(biao)常數;ƒ爲旋(xuan)渦頻率。根(gen)據上🌂述測(cè)量⭐原理,渦(wo)街流量計(ji)的一個特(te)點就是易(yi)受電磁和(hé)機械振動(dong)的幹擾,由(yóu)此造成在(zai)一些場合(hé)限📞制了渦(wo)街流量計(jì)的正常使(shi)用,這也是(shì)🏃🏻‍♂️渦街流量(liàng)計的工作(zuò)條件。解決(jue)抗幹擾問(wen)題㊙️是擴展(zhan)量程下限(xiàn)、改㊙️進渦街(jie)流量計的(de)有效途徑(jìng)。
2工作條件(jiàn)
　　渦街流量(liang)計的阻流(liu)體以壓電(dian)晶體檢測(ce)旋渦頻率(lǜ),所得壓電(diàn)信号經交(jiāo)流放大和(he)觸發器,将(jiāng)旋渦頻率(lǜ)變成脈沖(chong)信号。脈沖(chòng)信号送到(dao)二次儀表(biǎo)經換算後(hou)顯示被📧測(ce)流量。其中(zhōng)，交流放大(da)器的放大(da)倍數K和觸(chù)發器的門(men)限電壓U可(kě)以調整，如(rú)圖1所示。
 
　　圖(tú)1中信号電(diàn)壓爲E、幹擾(rǎo)信号折算(suàn)到輸人端(duan)爲V、門限電(dian)壓U折算到(dào)輸人端爲(wèi)u、交流放大(dà)倍數爲K.因(yin)u=UK,故調整K或(huò)者U的效果(guǒ)是相同的(de)。爲👄了使門(mén)限電壓能(néng)阻止幹擾(rǎo)信号以保(bǎo)證觸發器(qi)🐇能輸出有(you)效信号,必(bì)須使幹擾(rao)信号V小于(yu)門限電壓(yā)u,而有效信(xin)号電壓E大(da)于門限電(diàn)壓u,即渦街(jie)流量計的(de)工作條件(jiàn)是:
E>u>V
　　幹擾信(xin)号V的大小(xiǎo)決定渦街(jiē)流量計的(de)量程下限(xiàn)。因此擴🙇🏻展(zhǎn)渦街流量(liang)計的量程(cheng)下限必須(xū)從降低幹(gan)擾信号V入(ru)手。調整交(jiāo)流放大倍(bei)數K隻能對(duì)輸出信号(hào)加
強，而量(liàng)程下限并(bìng)不能得到(dao)擴展。
3抗幹(gàn)擾措施
　　渦(wo)街流量計(ji)的幹擾信(xin)号主要有(you)電磁千擾(rǎo)和機械(振(zhen)動幹擾兩(liǎng)種,如何解(jiě)決這兩種(zhǒng)抗千擾問(wen)題就成爲(wei)改進渦街(jiē)流🏃‍♂️量計🏃‍♂️的(de)關鍵。
　　渦街(jiē)流量計通(tōng)常采用金(jin)屬外殼,外(wai)殼的屏蔽(bi)效應👨‍❤️‍👨可以(yi)🙇🏻防止🔴電場(chǎng)和射頻幹(gàn)擾;對于磁(ci)場的幹擾(rao),可以在内(nèi)部電路設(shè)計中通過(guò)優選非磁(cí)性元件、印(yin)刷電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼路闆(pan)合理布線(xian)等辦法解(jiě)決,随着電(diàn)子技術的(de)發展和制(zhì)造工藝的(de)完善也不(bú)成問題。因(yīn)此抗電磁(cí)幹擾主要(yào)是抗地線(xian)電流幹擾(rǎo)✉️。
　　渦街流量(liàng)計的壓電(diàn)晶體裝在(zài)阻流體結(jié)構上,壓電(diàn)晶🔅體的一(yi)端接外殼(ke),故信号前(qián)置放大器(qi)必然接地(di)。渦街流量(liang)😘計的🍉輸出(chū)信号送到(dào)二次儀表(biǎo),而信号放(fàng)大所需的(de)直流電源(yuan)又由二次(ci)儀表提供(gong)。壓電晶體(tǐ)的地線與(yǔ)二次儀表(biǎo)的地線之(zhī)間極可能(néng)☔存在跨步(bù)電壓形成(chéng)電流。這個(ge)電流💛在信(xin)号放大器(qi)的地線中(zhōng)☀️流過就會(hui)有壓🈲降,這(zhè)個壓降與(yu)有效信号(hao)叠加在一(yī)起,無法分(fen)離,就是😘地(dì)線電流幹(gan)擾。
　　地線電(dian)流幹擾的(de)解決措施(shī)是減小或(huò)消除了地(dì)線電流，最(zuì)徹底的辦(bàn)法是把二(èr)次儀表來(lái)的直流電(diàn)源隔離。即(jí)将直流電(dian)源經變壓(yā)器隔離後(hou)再整流成(cheng)直流供給(gěi)♍渦街流量(liàng)計,使二次(cì)儀表的地(di)線與壓電(dian)晶體的地(dì)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(mò)🔞沖變壓器(qì)輸🐆至二次(cì)儀表,根❗本(ben)上消除地(di)線電流的(de)影響，是一(yī)種極其有(you)效的抗幹(gan)擾措施。然(ran)而變壓🌈器(qi)隔離的辦(bàn)法成本相(xiàng)對較高,體(tǐ)積又大,制(zhì)造工藝上(shang)不容易實(shí)現,大大降(jiàng)低了實用(yong)性。光隔離(li)限流抗幹(gan)擾措施,能(néng)有🏃效減小(xiao)地線電流(liú)的千擾。原(yuan)理如圖2所(suo)示。
 
　　圖中，a是(shi)壓電晶體(tǐ)的接地點(dian),b是二次儀(yí)表的接地(dì)點。在🐪地線(xian)回路中接(jie)人電阻r,于(yu)是a、b兩點間(jiān)的地線電(dian)流被電阻(zǔ)r限制,a、b兩點(diǎn)間的電壓(yā)降在電阻(zu)r兩端。電阻(zǔ)r兩端的電(dian)壓降反映(ying)到電源正(zheng)線上則被(bèi)三端穩壓(ya)器R阻擋,前(qian)置放大器(qì)地線回路(lù)的電阻比(bi)電阻r小很(hěn)多，由于電(dian)阻r的分壓(yā)作用,渦街(jie)流量計的(de)前置放大(dà)級器地線(xiàn)中隻有很(hěn)小的地線(xiàn)電流。壓電(diàn)晶體的有(yǒu)效信号經(jīng)放大後,由(yóu)光隔離器(qì)件隔離輸(shū)出，采用這(zhè)種辦法地(dì)線電流的(de)幹擾至少(shao)可以降低(di)一個數量(liàng)級。
　　可以看(kan)出,使用光(guāng)隔離限流(liu)抗幹擾時(shí)爲了使電(dian)源電壓有(yǒu)♊足夠的餘(yú)量以阻擋(dang)跨步電壓(yā),信号放大(da)器的地線(xiàn)與壓電晶(jing)體的地線(xiàn)之間必須(xū)很好連接(jiē),才能保證(zhèng)前置放大(da)器地🌈線回(huí)路電阻極(jí)小。同時直(zhi)流電源電(diàn)壓♍的.選擇(ze)應符合下(xia)式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式中:V1爲(wèi)電源電壓(ya);V2爲放大器(qi)用的電壓(yā);VR爲三端穩(wen)壓🧑🏾‍🤝‍🧑🏼器VR的最(zui)🛀🏻低㊙️電✉️壓;V2ƒ爲(wei)電阻r兩端(duān)交流電壓(yā)雙峰值。
　　機(jī)械振動對(dui)渦街流量(liàng)計的幹擾(rǎo)更爲普遍(biàn)，抗機械振(zhèn)㊙️動千擾的(de)👉措施還要(yào)從渦街流(liú)量計的基(ji)本原理人(rén)手。
　　渦街流(liu)量計的敏(min)感元件即(ji)壓電晶體(tǐ),封裝在阻(zu)流👉體⛱️或稱(chēng)旋♋渦發生(sheng)體内，流體(tǐ)流經阻流(liu)體時,阻流(liú)體兩側交(jiao)替産生旋(xuan)渦，旋渦的(de)脈動壓力(lì)作用于壓(ya)電晶體，使(shi)其産生🧑🏾‍🤝‍🧑🏼與(yǔ)旋渦頻率(lü)或測量流(liú)量對應的(de)信号電壓(ya),經放大、觸(chu)發⁉️等信号(hao)處理後轉(zhuǎn)換成脈沖(chòng)信🏃🏻‍♂️号輸出(chū)。同時🏃‍♀️,管道(dao)的機械振(zhèn)動也同樣(yang)☁️作用于壓(yā)電晶體,使(shǐ)其産生對(duì)應于振動(dòng)頻率的信(xin)号,這個✨振(zhèn)動幹擾信(xin)号與流量(liàng)㊙️測量有效(xiao)信号無法(fa)分開。隻有(yǒu)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(yǒu)效信号。機(jī)械振動幹(gàn)擾信号的(de)最大幅🆚值(zhí)就❗成爲被(bèi)測流量的(de)🤩信号幅值(zhí)下限,即量(liàng)程下限。
　　爲(wèi)了使渦街(jie)流量計盡(jin)可能測量(liàng)低流速、小(xiao)流量,必💃🏻須(xū)提高信噪(zào)比，即盡量(liang)提高有效(xiào)流量信号(hào)的幅值而(er)降低機械(xie)振動幹擾(rao)信号的幅(fú)值。改進阻(zǔ)流體的結(jie)構形狀,使(shǐ)傳感器能(néng)更好地接(jie)收旋渦的(de)脈動壓💛力(lì),可使有效(xiao)信号幅值(zhí)提高。但更(gèng)有效的🍉辦(bàn)法是在❓旋(xuan)渦發生體(ti)的兩側封(feng)裝對應的(de)兩塊壓電(diàn)晶體,即✂️采(cai)用差動壓(ya)電傳感器(qi)和差動放(fàng)大電路(見(jian)圖3)。由于機(ji)械振動對(duì)2塊壓電晶(jing)體的作用(yòng)力是--緻的(de),而流體旋(xuan)渦在阻流(liu)體兩側是(shì)交替産生(shēng)的,通📱過差(cha)動放大後(hòu),2塊壓電晶(jing)體相同的(de)機械振動(dòng)信号相互(hu)抵消削🤟減(jian),2塊壓電晶(jīng)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(dòng)信号的幹(gan)擾。
 
4結束語(yǔ)
　　電磁于擾(rao)和機械振(zhen)動幹擾是(shi)渦街流量(liàng)計的重要(yao)幹擾因素(su),限制了量(liàng)程下降,影(yǐng)響渦街流(liu)量計在低(dī)流速、小流(liú)量測量中(zhong)的使用。通(tong)過在電路(lù)上設計采(cǎi)用光隔離(li)限流抗幹(gan)擾措施,可(ke)以有效解(jie)決地線電(diàn)流的幹擾(rǎo)，解決抗電(diàn)磁幹擾的(de)🧡主要問題(tí);結構設計(jì)🙇🏻上采用雙(shuāng)壓☂️電晶體(tǐ)的差動壓(ya)電傳感器(qi)和差動放(fàng)大電路可(kě)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(jié)果,可以将(jiang)渦街流量(liàng)計的量程(cheng)下限擴展(zhǎn)至原量程(chéng)🈲下限的1/2~1/3。

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