摘要:通(tong)過對普遍使(shi)用于壓電式(shi)渦街流量計(ji) 上的電荷放(fang)大電路的理(li)論分析,對原(yuán)有的電路進(jin)♊行了改進。在(zai)電荷放大電(diàn)路中應用差(chà)動放大和引(yin)入直流電平(píng)的方法,提高(gao)了壓電式渦(wo)街流量計對(dui)低流速流體(tǐ)的測量性能(néng)，從而降低了(le)測量的最低(di)下限值,并且(qie)提高了測量(liàng)精度和抗幹(gan)擾能力。将改(gǎi)🤞進後的渦街(jie)流量計 進行(háng)實驗,實驗表(biao)明,改進後的(de)渦街流量計(jì)的測量下限(xiàn)從改進💃前的(de)22.3m³/h下降到18.5m³/h,最低(dī)下限處的不(bú)确定度從0.28%下(xià)降到0.165%,實驗結(jié)果♋證明改動(dòng)是有效的。
0引(yǐn)言
　　由于渦街(jie)流量計的原(yuan)理相對簡單(dan),結構也不太(tai)複雜，因此最(zuì)近幾年得到(dao)了飛速的發(fā)展。但是渦街(jiē)流量計發展(zhǎn)起來的時間(jian)還不長,本身(shen)存在的--些問(wen)題仍然沒有(yǒu)得到很好的(de)🌈解決。其‼️中非(fēi)常⚽大的一個(ge)缺陷就是渦(wō)街流量計對(dui)低流速流體(ti)不敏感,當流(liú)速低時渦街(jiē)檢測不到流(liu)體💞的旋渦,這(zhè)個👈缺陷的存(cún)在很大程度(dù)上限制了它(tā)的使用。工業(yè)中.常用的渦(wo)街🍉流量計檢(jiǎn)測旋渦頻率(lü)的方法是,在(zài)發生體尾部(bu)放置一個壓(ya)電晶體,當有(you)旋渦産生時(shí)會因爲壓力(lì)的🏃🏻‍♂️變化使壓(yā)電晶體産生(shēng)電荷信号,然(rán)後通過電♉荷(hé)放大電路将(jiāng)電荷信❤️号放(fang)大。因此電荷(he)放大電路的(de)優劣直接影(ying)響📱渦街流量(liang)計💃的性能好(hǎo)壞問。本文通(tong)過對電荷放(fang)大電路的理(li)論⛱️分析并結(jié)合渦街流量(liàng)計自身的特(te)點對原有的(de)電荷放大電(dian)路🙇🏻進行了改(gǎi)進,并在實驗(yàn)中進行了🐉驗(yàn)證,得到了很(hěn)好的實驗結(jie)果👅。
1電荷放大(dà)器的原理
　　壓(ya)電式渦街流(liú)量計的工作(zuò)原理是:當流(liu)體流過渦街(jiē)發🏃‍♀️生體的時(shí)候在流體中(zhong)産生旋渦,旋(xuán)渦産生向.上(shàng)的升力,檢測(ce)元件把受㊙️到(dao)的升力以應(yīng)力形式作🥰用(yong)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(bō)、整形🙇🏻後得到(dào)旋💘渦頻率信(xin)号。電荷放🚩大(dà)電路的核心(xīn)是将壓電晶(jīng)體.上受力産(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓信(xin)号。其電路結(jié)構如圖1所示(shì)。
 
　　通過電路圖(tu)利用基爾霍(huò)夫電流定律(lǜ)可以得出如(rú)下電流✏️關系(xì):
I2=-i1+i2（1）
　　根據歐姆定(ding)律可以把式(shi)（1）寫成如下格(ge)式：
 
　　式中:Rƒ爲反(fǎn)饋電阻;Cƒ爲反(fǎn)饋電容;V0爲輸(shu)出電壓;Vt爲輸(shū)入🎯電壓;Es爲壓(yā)電晶體産生(sheng)的等效電壓(yā);Cs爲信号源等(děng)效電容☁️;Ce爲電(dian)纜之間的分(fen)布電容。
　　将下(xià)面2個公式代(dài)入式(1):
 
　　從以上(shàng)理論分析可(kě)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(yā)正比與輸入(ru)電荷量,這就(jiù)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(he)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(diàn)路。本電路的(de)主要特點是(shì)采用差動放(fang)大,而且爲了(le)增加本.電路(lu)😘的電壓❄️信号(hào)的幅值和避(bì)免由于接地(dì)而使低于地(di)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(dì)避免了⛹🏻‍♀️信号(hao)在傳輸過程(chéng)中被削波。如(rú)圖2所示,運放(fàng)A2和電阻R3、R4組成(cheng)了電壓跟随(suí)電路,使輸出(chū)電平能很好(hao)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(gǎi)進後的渦街(jiē)流量計電荷(he)放大電路的(de)性能進行😍測(ce)試,在氣體裝(zhuang)置上進行了(le)實驗,并與改(gai)進⛷️前的渦街(jiē)流量計的測(cè)量結果進行(háng)了比較。實驗(yàn)結果顯示,改(gai)進後的渦街(jie)流量計在測(cè)量下限從改(gai)進前的22.3m³/h下降(jiang)到18.5m³/h,最低下限(xian)處的不确定(dìng)度從0.28%下降到(dào)0.165%,因‼️此可以看(kan)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(da)電路的理論(lun)分析,利用所(suo)得出🏃‍♂️的理論(lùn)結果并且兼(jian)顧到實際應(ying)用中的具體(ti)情況來獲取(qu)電路的各個(gè)參數值,應用(yong)于壓電式渦(wō)街流量計上(shang)性能優👨‍❤️‍👨良的(de)電荷放大電(diàn)路,并通過實(shi)驗驗證🌏了改(gǎi)進的結果是(shi)令人滿意的(de)。

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