摘要(yao):從渦(wo)街(jie)流(liu)量計(ji) 的基本工(gong)作原(yuan)理展(zhan)開(kai),介(jie)紹了(le)渦街流(liu)量計抗(kang)電磁(ci)幹擾(rao)和機(ji)械振(zhen)動幹擾的(de)措施,采(cai)用(yong)這種(zhong)辦法(fa)，可(ke)以有效(xiao)擴展渦街(jie)流量(liang)計的(de)量程下限(xian),從而(er)改(gai)進其性(xing)能。
1引言
　　在衆多(duo)的流量檢(jian)測解(jie)決方(fang)案中(zhong),渦街(jie)流量計由于測(ce)量精度高(gao)，壓力(li)損失小(xiao),安(an)裝方便,不(bu)受被(bei)測介(jie)質物(wu)理(li)性(xing)質的影響,信号便于(yu)遠傳等特(te)點,應(ying)用技術日(ri)趨完(wan)善,尤(you)其在(zai)大管徑和水(shui)、油等液(ye)體介質的(de)流量(liang)測量方(fang)面應用(yong)更加廣泛(fan)。
　　渦街(jie)流量(liang)計是基于(yu)流體(ti)動力學中的卡(ka)門(men)渦街原(yuan)理制成(cheng)的。在一(yi)定的雷諾(nuo)數範(fan)圍内,流體的流(liu)速或(huo)體積(ji)流量(liang)和旋(xuan)渦頻(pin)率成(cheng)正比(bi)而與(yu)流體(ti)的物理性質(壓(ya)力、溫(wen)度、密度等(deng))無關,即(ji):
Q=kƒ
　　式(shi)中:Q爲一體(ti)積流量;k爲(wei)儀表(biao)常數;ƒ爲旋(xuan)渦頻(pin)率(lü)。根(gen)據上(shang)述測量原(yuan)理,渦(wo)街流(liu)量計的一(yi)個特點(dian)就(jiu)是易受電(dian)磁和機械(xie)振動(dong)的幹(gan)擾,由(you)此造成在一些(xie)場合限制了渦(wo)街流(liu)量計的正(zheng)常使(shi)用,這也是(shi)渦街流(liu)量(liang)計的(de)工作條件(jian)。解決(jue)抗幹(gan)擾問題是(shi)擴展量(liang)程(cheng)下限(xian)、改進(jin)渦(wo)街流量(liang)計的有(you)效途徑(jing)。
2工作(zuo)條(tiao)件(jian)
　　渦街(jie)流量(liang)計(ji)的阻流體以(yi)壓(ya)電晶體(ti)檢測旋渦(wo)頻率(lü),所得壓電信号(hao)經交流(liu)放大和觸發器,将(jiang)旋渦(wo)頻率變成(cheng)脈沖信号。脈沖(chong)信号(hao)送到二次(ci)儀表(biao)經換算(suan)後顯示(shi)被測(ce)流量。其中，交流(liu)放大器的(de)放大倍數(shu)K和觸發器(qi)的門限電(dian)壓U可以調(diao)整，如圖1所示。
 
　　圖(tu)1中信(xin)号電(dian)壓爲(wei)E、幹擾信号(hao)折算到輸(shu)人端爲(wei)V、門(men)限電(dian)壓U折算到輸人(ren)端爲u、交(jiao)流放大倍數(shu)爲K.因(yin)u=UK,故調(diao)整K或(huo)者(zhe)U的(de)效果(guo)是相(xiang)同(tong)的。爲了(le)使門(men)限(xian)電(dian)壓能阻止(zhi)幹擾信号(hao)以保(bao)證(zheng)觸(chu)發器(qi)能輸(shu)出有效信(xin)号,必須使(shi)幹擾(rao)信号V小(xiao)于(yu)門限(xian)電壓(ya)u,而有效信(xin)号電(dian)壓E大于門(men)限電壓(ya)u,即渦街(jie)流量(liang)計的(de)工作(zuo)條件是:
E>u>V
　　幹(gan)擾信号V的(de)大小(xiao)決定(ding)渦街流量計的量程(cheng)下限。因此(ci)擴展(zhan)渦(wo)街(jie)流量計的(de)量程下限(xian)必須從降低幹擾信(xin)号(hao)V入手。調(diao)整交流放大倍數K隻(zhi)能對(dui)輸出(chu)信号加
強(qiang)，而量(liang)程下(xia)限(xian)并(bing)不能(neng)得到擴展(zhan)。
3抗幹擾措(cuo)施
　　渦街流(liu)量計的幹(gan)擾信(xin)号主要有電磁(ci)千擾(rao)和(he)機械(振(zhen)動幹擾(rao)兩種,如(ru)何解決這(zhe)兩種(zhong)抗千(qian)擾問題就(jiu)成爲改進(jin)渦街流量計的(de)關鍵(jian)。
　　渦街(jie)流(liu)量(liang)計通(tong)常采用金屬外(wai)殼,外(wai)殼的屏蔽效應可以(yi)防止(zhi)電場(chang)和(he)射頻幹擾;對于(yu)磁場的(de)幹擾,可(ke)以(yi)在内(nei)部電(dian)路設計中(zhong)通過優選非磁性元(yuan)件、印(yin)刷電(dian)路闆合理(li)布線等辦法解(jie)決,随(sui)着電(dian)子技(ji)術的(de)發展和制造工(gong)藝的(de)完(wan)善也不(bu)成問題(ti)。因(yin)此抗(kang)電磁(ci)幹擾(rao)主要是抗地線(xian)電流(liu)幹擾。
　　渦(wo)街(jie)流量(liang)計的(de)壓(ya)電晶體(ti)裝在阻(zu)流(liu)體結(jie)構上,壓(ya)電晶體(ti)的一(yi)端接(jie)外殼(ke),故信(xin)号前置放(fang)大器必(bi)然(ran)接地(di)。渦街(jie)流量計的(de)輸出信(xin)号(hao)送到二次(ci)儀(yi)表(biao),而信(xin)号放(fang)大所需的(de)直流(liu)電源(yuan)又由(you)二次(ci)儀表(biao)提供(gong)。壓電(dian)晶(jing)體(ti)的地(di)線與(yu)二次(ci)儀表(biao)的地線(xian)之間極(ji)可能(neng)存在(zai)跨步(bu)電壓(ya)形成電流(liu)。這個電流在信(xin)号放大器的地(di)線中流過就會有壓(ya)降,這個壓(ya)降與有效信号叠加(jia)在(zai)一起,無(wu)法分離,就(jiu)是地(di)線電(dian)流(liu)幹擾。
　　地(di)線電(dian)流幹(gan)擾的解決措施是減(jian)小或消(xiao)除(chu)了地(di)線電(dian)流(liu)，最徹底(di)的辦法是把二(er)次儀(yi)表來的直(zhi)流電源隔(ge)離。即(ji)将直流電(dian)源經(jing)變壓器隔(ge)離後再整(zheng)流成(cheng)直流(liu)供給渦街(jie)流量計,使(shi)二次儀表(biao)的地(di)線與(yu)壓電(dian)晶體(ti)的地線之(zhi)間無(wu)任(ren)何(he)電氣連接(jie)。同時(shi)有效(xiao)測量信(xin)号(hao)經前置放(fang)大後變成(cheng)脈沖信(xin)号(hao),經脈沖變(bian)壓(ya)器輸至(zhi)二次(ci)儀(yi)表(biao),根本上消除地線電(dian)流的(de)影(ying)響(xiang)，是一種極(ji)其有效的(de)抗幹擾措施。然而變(bian)壓器(qi)隔離(li)的辦法成(cheng)本相對較(jiao)高,體積又(you)大,制造工(gong)藝上(shang)不容(rong)易實現,大(da)大降低了實用(yong)性。光隔離限流(liu)抗幹(gan)擾(rao)措(cuo)施,能(neng)有效(xiao)減小(xiao)地線(xian)電流的千(qian)擾。原理如圖2所(suo)示。
 
　　圖(tu)中，a是壓電(dian)晶體(ti)的接(jie)地點(dian),b是二(er)次儀表(biao)的接地點。在地線回路(lu)中接(jie)人電(dian)阻r,于是a、b兩(liang)點(dian)間(jian)的地(di)線電(dian)流被(bei)電阻r限制,a、b兩(liang)點(dian)間的(de)電壓降在(zai)電阻r兩端(duan)。電阻r兩端(duan)的電(dian)壓(ya)降(jiang)反映到電源正(zheng)線上(shang)則被三端(duan)穩壓器R阻(zu)擋,前置放(fang)大器(qi)地(di)線(xian)回路(lu)的電(dian)阻比電阻(zu)r小很多(duo)，由于電(dian)阻r的(de)分壓(ya)作用(yong),渦街流(liu)量(liang)計的前置(zhi)放大級器(qi)地線中(zhong)隻有很(hen)小的地線電流(liu)。壓電(dian)晶(jing)體的有效信号經(jing)放大(da)後,由光隔(ge)離器(qi)件隔離輸出，采(cai)用這種(zhong)辦(ban)法地(di)線電(dian)流的(de)幹擾(rao)至少可以(yi)降低一個(ge)數量級。
　　可(ke)以看出(chu),使(shi)用光(guang)隔離(li)限流抗幹(gan)擾時爲了(le)使電(dian)源電壓有(you)足夠(gou)的餘(yu)量以(yi)阻擋(dang)跨步(bu)電壓,信号(hao)放大器(qi)的地線與壓(ya)電晶體的(de)地線(xian)之間(jian)必須(xu)很好(hao)連接,才能(neng)保證前置(zhi)放大(da)器地(di)線(xian)回路電(dian)阻極小(xiao)。同(tong)時直流電(dian)源電壓的(de).選擇(ze)應符(fu)合下(xia)式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shi)中:V1爲(wei)電源(yuan)電壓;V2爲(wei)放大器(qi)用的電壓;VR爲三(san)端穩(wen)壓器VR的最(zui)低電(dian)壓(ya);V2ƒ爲(wei)電阻(zu)r兩端交流電壓(ya)雙峰(feng)值(zhi)。
　　機械振(zhen)動對(dui)渦街(jie)流量(liang)計的幹擾(rao)更爲(wei)普遍，抗機(ji)械振(zhen)動千(qian)擾的措施(shi)還要(yao)從渦(wo)街流(liu)量計(ji)的基本原(yuan)理人手。
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)的敏感元(yuan)件即壓(ya)電(dian)晶體(ti),封裝(zhuang)在阻(zu)流體(ti)或稱(cheng)旋渦發生(sheng)體内(nei)，流(liu)體流經(jing)阻流體時,阻流體兩(liang)側交(jiao)替産(chan)生旋渦(wo)，旋(xuan)渦的脈動(dong)壓(ya)力作用(yong)于壓電晶(jing)體，使其産生與(yu)旋渦(wo)頻率(lü)或(huo)測量流量對(dui)應的信号(hao)電壓,經(jing)放(fang)大、觸(chu)發等(deng)信号處理(li)後轉(zhuan)換(huan)成脈沖信号(hao)輸(shu)出(chu)。同時(shi),管道的機(ji)械振動也(ye)同(tong)樣(yang)作用(yong)于壓電晶(jing)體,使其産生對應于(yu)振動(dong)頻率的信(xin)号,這(zhe)個振(zhen)動幹(gan)擾信(xin)号與(yu)流量(liang)測量(liang)有效信号(hao)無法分(fen)開(kai)。隻有當有(you)效(xiao)信号幅(fu)值超(chao)過(guo)幹(gan)擾信(xin)号幅值(zhi)時(shi),才能(neng)由門(men)限取(qu)出有(you)效信(xin)号(hao)。機械振(zhen)動幹擾信号的最大(da)幅(fu)值就成(cheng)爲被(bei)測流量的信号(hao)幅值(zhi)下限(xian),即量程(cheng)下限。
　　爲了使(shi)渦街流量(liang)計盡(jin)可能(neng)測量低流速(su)、小(xiao)流量(liang),必須提高(gao)信噪(zao)比，即(ji)盡量提高(gao)有效流(liu)量(liang)信号(hao)的幅值而降低(di)機械(xie)振(zhen)動幹擾信号(hao)的幅值。改(gai)進阻流體的結(jie)構形狀(zhuang),使(shi)傳感(gan)器能更好(hao)地接(jie)收旋渦的(de)脈動(dong)壓力,可(ke)使(shi)有效信号幅值提高(gao)。但更(geng)有(you)效(xiao)的辦(ban)法是(shi)在(zai)旋(xuan)渦發(fa)生體的兩(liang)側封裝對(dui)應的兩塊(kuai)壓電(dian)晶體(ti),即采(cai)用差(cha)動壓電傳(chuan)感器和(he)差動放大電(dian)路(lu)(見圖3)。由(you)于機械振(zhen)動對(dui)2塊壓(ya)電(dian)晶(jing)體的(de)作用力(li)是(shi)--緻的(de),而流(liu)體旋渦在(zai)阻流體兩(liang)側是(shi)交替産(chan)生(sheng)的,通(tong)過差動放(fang)大後(hou),2塊壓(ya)電晶體相(xiang)同的機(ji)械(xie)振動信号(hao)相互抵消(xiao)削減,2塊壓電晶體相(xiang)反(fan)的流量(liang)信号(hao)相(xiang)加(jia)後增(zeng)強。于(yu)是,大(da)大降(jiang)低了機械(xie)振動信号(hao)的(de)幹擾。
 
4結(jie)束語
　　電磁(ci)于擾(rao)和機(ji)械(xie)振(zhen)動幹(gan)擾是(shi)渦街流量(liang)計的重(zhong)要幹擾(rao)因素,限制(zhi)了量(liang)程下降(jiang),影響渦(wo)街流量計在低(di)流速(su)、小流量測(ce)量中(zhong)的使(shi)用。通(tong)過在(zai)電路(lu)上設(she)計采用光隔離(li)限流抗幹(gan)擾措(cuo)施,可以有(you)效解(jie)決地(di)線電流的(de)幹擾(rao)，解(jie)決(jue)抗電(dian)磁幹(gan)擾(rao)的主要(yao)問題(ti);結(jie)構(gou)設計(ji)上采用雙(shuang)壓電(dian)晶體的差動壓電傳(chuan)感(gan)器(qi)和差(cha)動放(fang)大電(dian)路可(ke)消除機械(xie)振動(dong)的幹擾(rao)。以(yi)上兩(liang)種抗(kang)幹(gan)擾措施(shi)共同(tong)采用(yong)的結(jie)果,可(ke)以将渦街(jie)流量計的(de)量程下限(xian)擴(kuo)展(zhan)至原(yuan)量程下(xia)限的1/2~1/3。

文(wen)章來(lai)源(yuan)于網絡(luo),如有(you)侵權(quan)聯系(xi)即删(shan)除！