摘要(yao):從渦(wo)街流(liu)量計(ji) 的基(ji)本工(gong)作原(yuan)理展(zhan)開,介(jie)紹了(le)渦街(jie)流量(liang)計抗(kang)電磁(ci)幹擾(rao)和☁️機(ji)械🏒振(zhen)動幹(gan)擾的(de)措施(shi),采用(yong)這種(zhong)辦法(fa)，可以(yi)有效(xiao)擴展(zhan)渦街(jie)流量(liang)計的(de)量程(cheng)下限(xian),從而(er)改進(jin)其性(xing)能。
1引(yin)言
　　在(zai)衆多(duo)的流(liu)量檢(jian)測解(jie)決方(fang)案中(zhong),渦街(jie)流量(liang)計由(you)于測(ce)量精(jing)度高(gao)🌈，壓力(li)損失(shi)小,安(an)裝方(fang)便,不(bu)受被(bei)測介(jie)質物(wu)理性(xing)質的(de)影響(xiang),信号(hao)便于(yu)遠傳(chuan)等特(te)點,應(ying)用技(ji)術日(ri)趨完(wan)🤩善,尤(you)其在(zai)大管(guan)徑和(he)水🏃、油(you)等液(ye)體介(jie)質的(de)流量(liang)測量(liang)方✔️面(mian)應用(yong)更加(jia)廣泛(fan)。
　　渦街(jie)流量(liang)計是(shi)基于(yu)流體(ti)動力(li)學中(zhong)的卡(ka)門渦(wo)街原(yuan)理制(zhi)成的(de)。在🆚一(yi)定的(de)雷諾(nuo)數範(fan)圍内(nei),流體(ti)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(wu)理性(xing)質(壓(ya)力、溫(wen)度、密(mi)度等(deng))無關(guan),即:
Q=kƒ
　　式(shi)中:Q爲(wei)一體(ti)積流(liu)量;k爲(wei)儀表(biao)常數(shu);ƒ爲旋(xuan)渦頻(pin)率。根(gen)據💛上(shang)🐪述測(ce)量原(yuan)理,渦(wo)街流(liu)量計(ji)的一(yi)個特(te)點就(jiu)是易(yi)受電(dian)磁和(he)機械(xie)振動(dong)的幹(gan)擾,由(you)此造(zao)成在(zai)一些(xie)場合(he)限制(zhi)了渦(wo)街流(liu)量計(ji)的正(zheng)常使(shi)用,這(zhe)也是(shi)渦街(jie)流量(liang)計的(de)工作(zuo)條件(jian)。解決(jue)抗幹(gan)擾問(wen)題是(shi)擴展(zhan)量程(cheng)下限(xian)、改進(jin)渦街(jie)流量(liang)計的(de)有效(xiao)途徑(jing)。
2工作(zuo)條件(jian)
　　渦街(jie)流量(liang)計的(de)阻流(liu)體以(yi)壓電(dian)晶體(ti)檢測(ce)旋渦(wo)頻率(lü),所得(de)壓電(dian)👈信号(hao)經交(jiao)流放(fang)大和(he)觸發(fa)器,将(jiang)旋渦(wo)頻率(lü)🌂變成(cheng)脈沖(chong)信号(hao)。脈沖(chong)信号(hao)送到(dao)二次(ci)儀表(biao)經換(huan)算後(hou)💛顯示(shi)被測(ce)流量(liang)。其中(zhong)，交📞流(liu)放大(da)🈲器的(de)放大(da)倍數(shu)K和觸(chu)發器(qi)的門(men)限電(dian)壓U可(ke)🤞以調(diao)整，如(ru)圖1所(suo)示。
 
　　圖(tu)1中信(xin)号電(dian)壓爲(wei)E、幹擾(rao)信号(hao)折算(suan)到輸(shu)人端(duan)爲V、門(men)限🈚電(dian)壓U折(she)❤️算到(dao)輸人(ren)端爲(wei)u、交流(liu)放大(da)倍數(shu)爲K.因(yin)u=UK,故調(diao)整K或(huo)者💘U的(de)效果(guo)是相(xiang)同的(de)。爲了(le)使門(men)限電(dian)壓能(neng)阻止(zhi)幹擾(rao)信号(hao)以保(bao)證觸(chu)發器(qi)能輸(shu)出有(you)效信(xin)号,必(bi)須使(shi)幹擾(rao)信号(hao)V小于(yu)門限(xian)電壓(ya)u,而有(you)效信(xin)号電(dian)壓E大(da)于門(men)限👣電(dian)壓u,即(ji)渦街(jie)流量(liang)計的(de)工作(zuo)條件(jian)是:
E>u>V
　　幹(gan)擾信(xin)号V的(de)大小(xiao)決定(ding)渦街(jie)流量(liang)計的(de)量程(cheng)下限(xian)。因此(ci)擴展(zhan)渦街(jie)流量(liang)計的(de)量程(cheng)下限(xian)必須(xu)從降(jiang)低幹(gan)擾信(xin)号V入(ru)手。調(diao)整交(jiao)流放(fang)大倍(bei)數K隻(zhi)能對(dui)輸出(chu)信号(hao)加
強(qiang)，而量(liang)程下(xia)限并(bing)不能(neng)得到(dao)擴展(zhan)。
3抗幹(gan)擾措(cuo)施
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)的幹(gan)擾信(xin)号主(zhu)要有(you)電磁(ci)千擾(rao)和機(ji)械🏃(振(zhen)動幹(gan)擾兩(liang)種,如(ru)何解(jie)決這(zhe)兩種(zhong)抗千(qian)擾問(wen)題就(jiu)成爲(wei)改進(jin)渦街(jie)流量(liang)計的(de)關鍵(jian)。
　　渦街(jie)流量(liang)計通(tong)常采(cai)用金(jin)屬外(wai)殼,外(wai)殼的(de)屏蔽(bi)效應(ying)㊙️可以(yi)防止(zhi)電場(chang)和射(she)頻幹(gan)擾;對(dui)于磁(ci)場的(de)幹擾(rao),可以(yi)在内(nei)部電(dian)路設(she)計中(zhong)通過(guo)優選(xuan)非磁(ci)性元(yuan)件、印(yin)刷電(dian)路闆(pan)合理(li)布線(xian)等辦(ban)法解(jie)決,随(sui)着電(dian)子技(ji)術的(de)發展(zhan)和制(zhi)造工(gong)藝的(de)完善(shan)也不(bu)成問(wen)👄題。因(yin)此抗(kang)電磁(ci)幹擾(rao)✌️主要(yao)是抗(kang)地線(xian)電流(liu)幹擾(rao)。
　　渦街(jie)流量(liang)計的(de)壓電(dian)晶體(ti)裝在(zai)阻流(liu)體結(jie)構上(shang),壓電(dian)晶😄體(ti)的一(yi)端接(jie)外殼(ke),故信(xin)号前(qian)置放(fang)大器(qi)必然(ran)接地(di)🔞。渦街(jie)流量(liang)計的(de)輸出(chu)信号(hao)送到(dao)二次(ci)儀表(biao),而信(xin)号放(fang)🔴大所(suo)需🌂的(de)直流(liu)電源(yuan)又由(you)二次(ci)儀表(biao)提供(gong)。壓電(dian)晶體(ti)🔅的地(di)線與(yu)二次(ci)儀表(biao)的地(di)線之(zhi)🔴間極(ji)可能(neng)🛀🏻存在(zai)跨步(bu)♊電壓(ya)形成(cheng)電✌️流(liu)。這個(ge)電流(liu)在信(xin)号放(fang)大器(qi)的地(di)線中(zhong)✂️流過(guo)就會(hui)有壓(ya)降,這(zhe)個壓(ya)降與(yu)有效(xiao)信号(hao)叠加(jia)在一(yi)🌈起,無(wu)法分(fen)離,就(jiu)是地(di)線電(dian)流幹(gan)擾。
　　地(di)線電(dian)流幹(gan)擾的(de)解決(jue)措施(shi)是減(jian)小或(huo)消除(chu)了地(di)線電(dian)流，最(zui)徹底(di)的辦(ban)法是(shi)把二(er)次儀(yi)表來(lai)的直(zhi)流電(dian)源隔(ge)離。即(ji)将直(zhi)流☂️電(dian)源☁️經(jing)變壓(ya)器隔(ge)離後(hou)再整(zheng)流成(cheng)直流(liu)供給(gei)渦街(jie)流量(liang)計,使(shi)二次(ci)儀表(biao)的地(di)線與(yu)壓電(dian)晶體(ti)的地(di)線之(zhi)間無(wu)任何(he)電氣(qi)連接(jie)。同時(shi)有🙇‍♀️效(xiao)測量(liang)信号(hao)經前(qian)置放(fang)大後(hou)變成(cheng)脈沖(chong)信号(hao),經脈(mo)沖變(bian)壓器(qi)輸🏃🏻‍♂️至(zhi)二次(ci)儀表(biao)🐉,根本(ben)上消(xiao)除地(di)線電(dian)流的(de)影響(xiang)，是🧡一(yi)種極(ji)其有(you)效的(de)抗幹(gan)擾措(cuo)施。然(ran)而變(bian)壓器(qi)隔離(li)的辦(ban)法🐕成(cheng)✨本相(xiang)對較(jiao)高,體(ti)積又(you)大,制(zhi)造工(gong)藝上(shang)不容(rong)易實(shi)現,大(da)大降(jiang)低了(le)實用(yong)性。光(guang)隔離(li)限🌈流(liu)抗幹(gan)擾措(cuo)施,能(neng)有☀️效(xiao)減小(xiao)地線(xian)電流(liu)的千(qian)擾。原(yuan)理如(ru)圖2所(suo)示。
 
　　圖(tu)中，a是(shi)壓電(dian)晶體(ti)的接(jie)地點(dian),b是二(er)次儀(yi)表的(de)接地(di)點。在(zai)⚽地線(xian)🈲回路(lu)中接(jie)人電(dian)阻r,于(yu)是a、b兩(liang)點間(jian)的地(di)線電(dian)流被(bei)電阻(zu)r限制(zhi),a、b兩點(dian)間的(de)電壓(ya)降在(zai)電阻(zu)r兩端(duan)。電阻(zu)r兩端(duan)的電(dian)壓降(jiang)反映(ying)到電(dian)源正(zheng)線上(shang)則被(bei)🌏三端(duan)穩壓(ya)器R阻(zu)擋,前(qian)置放(fang)大器(qi)地線(xian)回路(lu)的電(dian)阻比(bi)電阻(zu)r小很(hen)多，由(you)于電(dian)阻r的(de)分壓(ya)作用(yong),渦🌏街(jie)流量(liang)計的(de)前置(zhi)放大(da)級♊器(qi)地線(xian)中隻(zhi)有很(hen)小的(de)地線(xian)電流(liu)。壓電(dian)晶體(ti)的🚩有(you)效信(xin)号經(jing)放大(da)後,由(you)光隔(ge)離器(qi)件隔(ge)離輸(shu)出，采(cai)用這(zhe)種辦(ban)法地(di)線電(dian)流的(de)幹☂️擾(rao)至少(shao)可以(yi)降低(di)一個(ge)數量(liang)級。
　　可(ke)以看(kan)出,使(shi)用光(guang)隔離(li)限流(liu)抗幹(gan)擾時(shi)爲了(le)使電(dian)源🈲電(dian)壓🔞有(you)足夠(gou)的餘(yu)量以(yi)阻擋(dang)跨步(bu)電壓(ya),信号(hao)放大(da)器的(de)地線(xian)與🌈壓(ya)電🤩晶(jing)體🔞的(de)地線(xian)之間(jian)必須(xu)很好(hao)連接(jie),才能(neng)保證(zheng)前置(zhi)放👌大(da)器地(di)線回(hui)路⛱️電(dian)阻極(ji)小。同(tong)時直(zhi)流電(dian)源電(dian)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(ya);V2爲放(fang)大器(qi)用的(de)電壓(ya);VR爲三(san)端穩(wen)壓器(qi)VR的最(zui)低電(dian)🏃壓;V2ƒ爲(wei)電阻(zu)r兩端(duan)交流(liu)電壓(ya)雙峰(feng)值。
　　機(ji)械振(zhen)動對(dui)渦街(jie)流量(liang)計的(de)幹擾(rao)更爲(wei)普遍(bian)，抗機(ji)械振(zhen)✔️動千(qian)⛷️擾📞的(de)措施(shi)還要(yao)從渦(wo)街流(liu)量計(ji)的基(ji)本原(yuan)理💋人(ren)手。
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)的敏(min)感元(yuan)件即(ji)壓電(dian)晶體(ti),封裝(zhuang)在阻(zu)流體(ti)或稱(cheng)旋渦(wo)發生(sheng)體内(nei)，流體(ti)流經(jing)阻流(liu)體時(shi),阻流(liu)體兩(liang)側交(jiao)替産(chan)生旋(xuan)渦，旋(xuan)渦的(de)脈動(dong)壓力(li)作用(yong)于壓(ya)電晶(jing)體，使(shi)🛀🏻其産(chan)生與(yu)旋渦(wo)頻率(lü)或測(ce)量流(liu)量對(dui)應的(de)信号(hao)電壓(ya),經🔆放(fang)大、觸(chu)發等(deng)信号(hao)處理(li)後轉(zhuan)換成(cheng)脈沖(chong)信号(hao)輸出(chu)。同時(shi),管道(dao)的機(ji)械振(zhen)動也(ye)同樣(yang)作用(yong)于壓(ya)電晶(jing)體,使(shi)其産(chan)生對(dui)應于(yu)振動(dong)頻率(lü)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(xiao)信号(hao)無法(fa)分開(kai)。隻有(you)當🔞有(you)👉效信(xin)号幅(fu)值超(chao)過🌈幹(gan)擾信(xin)号幅(fu)值時(shi),才能(neng)由門(men)限取(qu)出有(you)效信(xin)号。機(ji)械振(zhen)🏃🏻動幹(gan)擾信(xin)号的(de)最大(da)幅值(zhi)就成(cheng)爲被(bei)測流(liu)量的(de)信号(hao)幅值(zhi)下限(xian),即量(liang)程下(xia)限。
　　爲(wei)了使(shi)渦街(jie)流量(liang)計盡(jin)可能(neng)測量(liang)低流(liu)速、小(xiao)流量(liang),必須(xu)提高(gao)信噪(zao)比，即(ji)盡量(liang)提高(gao)有效(xiao)流量(liang)信号(hao)的幅(fu)值而(er)降低(di)機械(xie)振動(dong)幹擾(rao)信号(hao)的幅(fu)值。改(gai)進阻(zu)流體(ti)的☀️結(jie)構形(xing)狀,使(shi)傳感(gan)器能(neng)更好(hao)地接(jie)收旋(xuan)渦的(de)脈動(dong)壓力(li),可使(shi)有效(xiao)信号(hao)幅值(zhi)提高(gao)。但更(geng)有效(xiao)的辦(ban)法是(shi)在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)的兩(liang)側封(feng)裝對(dui)應的(de)兩塊(kuai)✌️壓電(dian)晶體(ti),即😄采(cai)用差(cha)動壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)和差(cha)動放(fang)大電(dian)路(見(jian)圖3)。由(you)于✊機(ji)械振(zhen)動👌對(dui)2塊壓(ya)電晶(jing)體的(de)作用(yong)力是(shi)--緻的(de),而流(liu)體旋(xuan)渦在(zai)阻流(liu)體兩(liang)側♻️是(shi)交替(ti)産生(sheng)的,通(tong)過差(cha)動放(fang)大😘後(hou),2塊壓(ya)電晶(jing)體相(xiang)同的(de)機械(xie)振動(dong)信号(hao)相互(hu)抵消(xiao)削減(jian),2塊壓(ya)電晶(jing)體相(xiang)💚反的(de)流量(liang)信号(hao)相加(jia)後增(zeng)強。于(yu)是,大(da)大降(jiang)低了(le)機械(xie)振動(dong)信号(hao)的幹(gan)擾。
 
4結(jie)束語(yu)
　　電磁(ci)于擾(rao)和機(ji)械振(zhen)動幹(gan)擾是(shi)渦街(jie)流量(liang)計的(de)重要(yao)㊙️幹擾(rao)因素(su),限㊙️制(zhi)了量(liang)程下(xia)降,影(ying)響渦(wo)街流(liu)量計(ji)在低(di)流速(su)、小流(liu)量測(ce)量中(zhong)💛的使(shi)用。通(tong)過在(zai)電路(lu)上設(she)計采(cai)用光(guang)隔🐪離(li)限流(liu)抗幹(gan)擾措(cuo)施,可(ke)以有(you)效解(jie)決地(di)線電(dian)流的(de)幹擾(rao)，解決(jue)抗電(dian)磁幹(gan)擾的(de)主要(yao)問題(ti)🍉;結構(gou)設計(ji)🔞上采(cai)用雙(shuang)壓電(dian)晶體(ti)的差(cha)動壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)和差(cha)動放(fang)😍大電(dian)路可(ke)消除(chu)機械(xie)振動(dong)的幹(gan)擾。以(yi)上兩(liang)種抗(kang)幹擾(rao)措施(shi)共同(tong)采用(yong)的☁️結(jie)果,可(ke)以将(jiang)渦街(jie)流量(liang)計的(de)量程(cheng)🌈下限(xian)擴展(zhan)至原(yuan)量程(cheng)下限(xian)的1/2~1/3。

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