摘要:從渦(wo)街流量計 的基(ji)本工作原理展(zhan)開,介紹了渦街(jie)流量計抗電磁(cí)幹🥵擾和機械振(zhen)動幹擾的措施(shī),采用這種辦法(fǎ)，可以有效擴展(zhǎn)渦街流量計的(de)量程下限,從而(er)改進其性能。
1引(yin)言
　　在衆多的流(liu)量檢測解決方(fang)案中,渦街流量(liang)計由于測量精(jīng)🚩度高，壓力損失(shī)小,安裝方便,不(bú)受被測介質物(wù)理💋性質的影響(xiang),信♈号便于遠傳(chuan)等特點,應用技(ji)術日趨完善,尤(yóu)其在大管徑和(hé)水、油等液體介(jie)質的流量測量(liàng)方面應用更👈加(jia)廣泛。
　　渦街流量(liàng)計是基于流體(tǐ)動力學中的卡(ka)門渦街原🈲理制(zhi)❤️成的。在一定的(de)雷諾數範圍内(nèi),流體的流速或(huo)體積流量和旋(xuán)渦頻率成⛹🏻‍♀️正比(bi)而與流體的物(wu)理性質(壓力、溫(wēn)度、密度等)無關(guān),即:
Q=kƒ
　　式中:Q爲一體(ti)積流量;k爲儀表(biao)常數;ƒ爲旋渦頻(pín)率。根據上述測(cè)量✔️原理,渦街流(liu)量計的一個特(tè)點就是易受電(diàn)磁和機械振動(dòng)的幹擾,由此造(zào)成在一些場合(he)限制了渦街流(liu)量☀️計的正常使(shi)用,這也是渦街(jiē)流量計的工作(zuo)條💃🏻件。解決抗幹(gan)擾問題是擴展(zhǎn)量程下限、改進(jin)渦街流量計的(de)有效途徑。
2工作(zuo)條件
　　渦街流量(liàng)計的阻流體以(yi)壓電晶體檢測(cè)旋渦頻率,所得(dé)壓電信号經交(jiāo)流放大和觸發(fa)器,将旋渦頻率(lǜ)變成⁉️脈沖信号(hào)⭐。脈沖信号送到(dao)二次儀表經換(huan)算後顯示被測(ce)流量。其中，交流(liú)放大👈器的放大(dà)倍數K和觸發器(qi)的門限電壓U可(ke)⛷️以調整，如圖1所(suo)示。
 
　　圖1中信号電(dian)壓爲E、幹擾信号(hao)折算到輸人端(duān)爲V、門限電壓U折(shé)算到輸人端爲(wèi)u、交流放大倍數(shu)爲K.因u=UK,故調整K或(huò)者U的效果是相(xiang)同的。爲了使門(mén)限電壓能阻止(zhǐ)幹擾信号以保(bao)證觸發器能輸(shū)出有效信号,必(bì)須使幹擾信号(hao)V小于門限電壓(ya)u,而有效信号電(diàn)壓E大于門限電(dian)壓u,即渦街流量(liang)計的工作條件(jian)是:
E>u>V
　　幹擾信号V的(de)大小決定渦街(jiē)流量計的量程(cheng)下限。因此擴☔展(zhǎn)渦街🏃‍♂️流量計的(de)量程下限必須(xu)從降低幹擾信(xìn)号V入手。調整交(jiāo)流放大倍數K隻(zhi)能對輸出信号(hao)加
強，而量程下(xià)限并不能得到(dao)擴展。
3抗幹擾措(cuo)施
　　渦街流量計(jì)的幹擾信号主(zhǔ)要有電磁千擾(rao)和機械(振☀️動幹(gàn)㊙️擾兩種,如何解(jie)決這兩種抗千(qiān)擾問題就成爲(wèi)改🔴進渦街流量(liàng)計的關鍵。
　　渦街(jie)流量計通常采(cai)用金屬外殼,外(wài)殼的屏蔽效應(yīng)可以防止電場(chǎng)和射頻幹擾;對(duì)于磁場的幹擾(rǎo),可以🈲在内部電(dian)路設計中通過(guò)優選非磁性元(yuan)件、印刷電路闆(pǎn)合理布線等辦(ban)法解決,随着電(dian)子💯技術的發展(zhǎn)和制造工⭐藝的(de)完善也不成問(wèn)題。因此抗電磁(cí)幹擾💛主要是抗(kàng)地線電流幹擾(rao)。
　　渦街流量計的(de)壓電晶體裝在(zài)阻流體結構上(shang),壓電晶體👌的一(yi)端☎️接外殼,故信(xin)号前置放大器(qì)必然接地。渦街(jiē)🙇🏻流量計的輸出(chu)信号送到二次(ci)儀表,而信号放(fang)🔴大所需的直流(liú)⁉️電源又由二次(cì)儀表提供。壓電(dian)晶體的地線與(yǔ)二次儀表的地(dì)線之間極可能(néng)存在跨步🈲電壓(ya)形成電🤟流。這個(ge)電流在信号放(fang)大👅器的地線中(zhōng)⁉️流過就會有壓(yā)降,這個壓降與(yu)有效信号叠加(jia)在一起,無法分(fen)離,就是🌈地線電(dian)流幹擾。
　　地線電(diàn)流幹擾的解決(jue)措施是減小或(huò)消除了地線電(dian)👈流，最🈲徹底的辦(ban)法是把二次儀(yí)表來的直流電(diàn)源隔離。即将直(zhí)流💚電源經變壓(ya)器隔離後再整(zhěng)流成直流供給(gei)渦街流量計,使(shi)二次儀表的地(di)線與壓電晶體(tǐ)的地線之間無(wu)任🔴何電氣連接(jie)。同時有效測量(liang)信🚶‍♀️号經前置放(fang)大後變成脈沖(chong)信号,經脈沖變(biàn)壓器輸至二次(cì)儀表,根本上消(xiao)除地線電流的(de)影響，是一種極(ji)其有效的抗幹(gan)擾措施。然而變(biàn)壓器隔離的辦(bàn)法成本相對較(jiao)高,體積💃又大,制(zhì)造工藝上不容(róng)易實現,大大降(jiang)低了實用性。光(guāng)隔離限流抗幹(gan)擾措施,能有🌏效(xiào)減小地線電流(liu)的千擾。原理如(rú)圖2所示❌。
 
　　圖中，a是(shì)壓電晶體的接(jie)地點,b是二次儀(yí)表的接地點。在(zai)地線回💜路中接(jie)人電阻r,于是a、b兩(liang)點間的地線電(diàn)流💛被電阻r限制(zhì),a、b兩點間的電壓(yā)降在電阻r兩端(duān)。電阻r兩端的電(dian)壓降反映到電(diàn)源正線上則被(bei)👄三端穩壓器R阻(zǔ)擋,前置放大器(qì)地線回路的🚶‍♀️電(dian)阻比電阻r小很(hěn)多，由于電阻r的(de)分壓作用,渦✌️街(jie)流量計的前置(zhì)放大級器地線(xiàn)中隻有很小的(de)地線電流。壓電(diàn)晶體的🌈有效信(xìn)号經放大後,由(you)光隔離器件隔(ge)離輸出，采用這(zhè)種辦👅法地線電(diàn)流的幹♌擾至少(shao)可以降低一個(gè)數量級。
　　可以看(kan)出,使用光隔離(li)限流抗幹擾時(shí)爲了使電源🎯電(dian)壓有足夠的餘(yu)量以阻擋跨步(bù)電壓,信号放大(dà)器的地🚶線與壓(ya)電晶體的地🤩線(xian)之間必須很好(hao)連接,才能保證(zhèng)♍前置放大器地(dì)線回路電阻極(jí)小。同時直流電(diàn)源電壓的.選擇(zé)應符合下式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shì)中:V1爲電源電壓(ya);V2爲放大器用的(de)電壓;VR爲三端穩(wen)壓器VR的最低🔴電(diàn)壓;V2ƒ爲電阻r兩端(duān)交流電壓雙峰(feng)值。
　　機械振動對(duì)渦街流量計的(de)幹擾更爲普遍(biàn)，抗機械振動千(qiān)擾的措施還要(yào)從渦街流量計(jì)的基本原理人(ren)手♊。
　　渦街流量計(ji)的敏感元件即(ji)壓電晶體,封裝(zhuang)在阻流體或稱(chēng)旋🥰渦發生體内(nei)，流體流經阻流(liú)體時,阻流體兩(liang)側交替産生旋(xuan)渦♈，旋渦的脈動(dong)壓力作用于壓(yā)電🏒晶體，使其産(chan)生⭐與旋渦❤️頻率(lü)或㊙️測量流量對(duì)應的信号電壓(ya),經放大、觸發等(děng)信号處理後轉(zhuǎn)換成脈沖信🤟号(hao)輸出。同時,管道(dao)的機械振動也(ye)同樣作用于壓(yā)電晶體,使其産(chan)生對應于振動(dòng)頻率的信号,這(zhè)個⁉️振動幹擾信(xìn)号與流量測量(liang)有效信号無法(fa)分開。隻有當💯有(you)效信号幅值超(chao)過🐅幹擾信号幅(fú)值時,才能由門(men)限取出有效信(xìn)号。機械振動幹(gan)擾信号的最大(dà)幅值就成爲被(bei)測流量的信号(hào)幅值下限,即量(liàng)程㊙️下限。
　　爲了使(shǐ)渦街流量計盡(jìn)可能測量低流(liu)速、小流量,必須(xū)提高信噪比，即(ji)盡量提高有效(xiào)流量信号的幅(fú)值而降⛱️低機械(xie)振💚動幹擾信号(hao)的幅值。改進阻(zu)流體的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻結構形(xíng)狀,使傳感器能(néng)更好地接收旋(xuan)渦的脈動壓力(li),可使有效信号(hào)幅⚽值提高。但更(geng)有效的辦法是(shi)在旋渦發生體(tǐ)的兩側封裝對(dui)應的兩塊壓電(diàn)晶體,即采用差(chà)動壓電傳感器(qi)和差動放大電(diàn)路(見圖3)。由于機(jī)械振動👨‍❤️‍👨對2塊壓(yā)電晶體的作用(yong)力🏃🏻‍♂️是--緻的,而流(liú)體旋📱渦在阻流(liú)體兩側✍️是交替(ti)産生的,通過差(chà)動放大後,2塊壓(yā)電晶體相同的(de)㊙️機械振動信号(hao)相互抵消削減(jian),2塊壓電晶體相(xiang)反的流量信号(hào)相加後增強。于(yú)是,大大降低了(le)機械振動信号(hao)的幹擾。
 
4結束語(yu)
　　電磁于擾和機(ji)械振動幹擾是(shì)渦街流量計的(de)重要幹擾因素(sù),限制了量程下(xià)降,影響渦街流(liu)量計在低流速(sù)、小流量測量中(zhong)的使用。通過在(zài)電路上設計采(cai)用光隔離限流(liú)抗幹擾措施,可(kě)以有效解決地(dì)線電流的幹擾(rǎo)，解決抗電磁幹(gàn)擾的主要問題(tí);結構設計上采(cai)用雙壓電晶體(tǐ)的差動壓電傳(chuán)感器和差動放(fàng)💋大電路可消除(chu)機械振動的幹(gàn)擾。以上兩種抗(kang)幹擾☂️措施共同(tóng)采用的💋結果,可(ke)以将渦街流量(liang)計的量程下限(xiàn)擴展至原量程(chéng)下限的1/2~1/3。

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