摘要:通(tong)過對普(pu)遍使用(yong)于壓電(dian)式渦街(jie)流量計(ji) 上的電(dian)荷放大(da)電路的(de)理論分(fen)析,對原(yuan)有的電(dian)路進行(hang)了改👈進(jin)。在電荷(he)放大電(dian)路中應(ying)用差動(dong)放大和(he)引入直(zhi)流電平(ping)的方法(fa)♍,提高了(le)壓電式(shi)渦街流(liu)量計對(dui)低流速(su)🔴流體的(de)測量性(xing)📐能，從而(er)降低了(le)🆚測量的(de)最低下(xia)限值,并(bing)且提高(gao)了測量(liang)精度和(he)抗幹擾(rao)🌈能力。将(jiang)改進後(hou)的渦街(jie)流量計(ji) 進行實(shi)驗,實驗(yan)表明,改(gai)進後的(de)渦街流(liu)量計的(de)測量下(xia)🔴限從改(gai)進前的(de)22.3m³/h下降到(dao)18.5m³/h,最低下(xia)限處的(de)不确定(ding)度從0.28%下(xia)降到0.165%,實(shi)驗結果(guo)證明改(gai)動是有(you)效的。
0引(yin)言
　　由于(yu)渦街流(liu)量計的(de)原理相(xiang)對簡單(dan),結構也(ye)不太複(fu)雜，因此(ci)最近幾(ji)年得到(dao)了飛速(su)的發展(zhan)。但是渦(wo)街流🏃量(liang)計🏃🏻發展(zhan)起來的(de)時間還(hai)‼️不長,本(ben)身存在(zai)的--些問(wen)題仍然(ran)沒有得(de)到👈很好(hao)的解決(jue)。其中非(fei)常🙇🏻大的(de)一個缺(que)陷就是(shi)渦✨街流(liu)量計對(dui)低流速(su)流體不(bu)敏感,當(dang)流速低(di)時渦街(jie)檢測不(bu)到流體(ti)的旋渦(wo),這個🔞缺(que)陷的存(cun)在很大(da)程度上(shang)限制了(le)它的使(shi)用。工業(ye)中.常用(yong)的渦街(jie)🚶流量計(ji)檢測旋(xuan)渦頻率(lü)的方法(fa)是,在發(fa)生體尾(wei)部放置(zhi)一個壓(ya)電晶體(ti),當有旋(xuan)渦産生(sheng)時會因(yin)🐇爲壓力(li)的變化(hua)使壓電(dian)晶體産(chan)生電荷(he)信号,然(ran)後通過(guo)電荷放(fang)大電路(lu)将電荷(he)信号放(fang)大。因此(ci)電荷放(fang)大電路(lu)的優👄劣(lie)直接影(ying)響🏃🏻渦街(jie)流量計(ji)的性能(neng)好壞問(wen)。本文通(tong)過💜對電(dian)荷放大(da)電路的(de)理論分(fen)析并結(jie)合渦街(jie)流量計(ji)自身的(de)特點對(dui)原有的(de)電荷放(fang)大電路(lu)💯進行了(le)改進♍,并(bing)在實驗(yan)中進☎️行(hang)了驗證(zheng),得到了(le)很好的(de)實驗結(jie)果。
1電荷(he)放大器(qi)的原理(li)
　　壓電式(shi)渦街流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理是:當(dang)流體流(liu)過渦🐇街(jie)發生體(ti)的時候(hou)在流體(ti)中産生(sheng)旋渦,旋(xuan)渦産生(sheng)向.上的(de)升力,檢(jian)測元件(jian)把受到(dao)的升力(li)以應力(li)形式作(zuo)用在壓(ya)電晶體(ti)元件上(shang)，轉換成(cheng)交變的(de)電荷信(xin)号,經電(dian)荷放大(da)、濾波、整(zheng)形後得(de)到旋渦(wo)頻率信(xin)🔞号。電荷(he)放㊙️大電(dian)路的核(he)心是将(jiang)壓電㊙️晶(jing)體.上受(shou)力産生(sheng)的電荷(he)轉換成(cheng)電壓信(xin)号。其電(dian)路結構(gou)如圖1所(suo)示。
 
　　通過(guo)電路圖(tu)利用基(ji)爾霍夫(fu)電流定(ding)律可以(yi)得出如(ru)下電流(liu)關系:
I2=-i1+i2（1）
　　根(gen)據歐姆(mu)定律可(ke)以把式(shi)（1）寫成如(ru)下格式(shi)：
 
　　式中:Rƒ爲(wei)反饋電(dian)阻;Cƒ爲反(fan)饋電容(rong);V0爲輸出(chu)電壓;Vt爲(wei)輸入‼️電(dian)🔴壓;Es爲壓(ya)電晶體(ti)産生的(de)等效電(dian)壓;Cs爲信(xin)号源等(deng)效電容(rong)💃🏻;Ce爲電🍓纜(lan)之間的(de)分布電(dian)容。
　　将下(xia)面2個公(gong)式代入(ru)式(1):
 
　　從以(yi)上理論(lun)分析可(ke)以得出(chu)以下結(jie)論:當運(yun)放的開(kai)環增益(yi)足💚夠大(da),下限頻(pin)率足夠(gou)低時,輸(shu)出電壓(ya)正比🐇與(yu)輸入電(dian)荷量,這(zhe)就☎️是電(dian)荷放大(da)器的原(yuan)理。
2改進(jin)的電荷(he)放大電(dian)路
　　通過(guo)以上對(dui)電荷放(fang)大電路(lu)的原理(li)研究并(bing)結合渦(wo)街流量(liang)計本身(shen)的一些(xie)特點,本(ben)文設計(ji)出了如(ru)圖2所示(shi)的電荷(he)放大電(dian)路。本電(dian)路的主(zhu)要特點(dian)是采用(yong)差🧡動放(fang)大,而且(qie)爲了增(zeng)加♈本.電(dian)路的電(dian)壓信号(hao)的幅值(zhi)和避免(mian)由于接(jie)地而使(shi)低于地(di)👌電位的(de)有用信(xin)号丢失(shi),在電路(lu)中🚶‍♀️引入(ru)了一個(ge)直流電(dian)平,有🔴效(xiao)地避免(mian)了信号(hao)在傳輸(shu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼過程中(zhong)被削波(bo)。如圖2所(suo)示,運放(fang)A2和💯電阻(zu)R3、R4組成了(le)電壓跟(gen)随電路(lu),使輸出(chu)電平能(neng)很好地(di)穩定在(zai)某一值(zhi)上,電阻(zu)6R和電容(rong)C10可以抑(yi)制電源(yuan)引起的(de)幹擾。
 

3實驗研(yan)究
　　爲了(le)對改進(jin)後的渦(wo)街流量(liang)計電荷(he)放大電(dian)路的性(xing)✏️能進行(hang)測試,在(zai)氣體裝(zhuang)置上進(jin)行了實(shi)驗,并與(yu)改進前(qian)的渦街(jie)流量計(ji)的測量(liang)結果進(jin)行了比(bi)較。實驗(yan)結果顯(xian)示,改進(jin)後的渦(wo)街流量(liang)計在測(ce)量下限(xian)從改進(jin)⭐前的22.3m³/h下(xia)降到18.5m³/h,最(zui)低下限(xian)處的不(bu)确定度(du)從0.28%下降(jiang)到0.165%,因此(ci)可以看(kan)出改進(jin)後的電(dian)荷放大(da)電路使(shi)渦街流(liu)量計本(ben)身的性(xing)能得到(dao)了提高(gao)。
4結論
　　本(ben)文通過(guo)對整個(ge)電荷放(fang)大電路(lu)的理論(lun)分析,利(li)用所得(de)出的理(li)論結果(guo)并且兼(jian)顧到實(shi)際應用(yong)中的具(ju)體情況(kuang)來獲取(qu)電路的(de)各個參(can)數值,應(ying)用于壓(ya)電式🐆渦(wo)街流量(liang)計上❓性(xing)能優🈲良(liang)的電荷(he)放大電(dian)路,并通(tong)過實驗(yan)驗證了(le)改進的(de)結果是(shi)令人滿(man)意的。

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