摘(zhai)要:通過對(dui)普遍使用(yong)于壓電式(shi)渦街流量(liang)計 上的電(dian)荷放大電(dian)路的理論(lun)分析,對原(yuan)有的電路(lu)進🌏行了改(gai)進。在電荷(he)放大電路(lu)中應用差(cha)動放大和(he)引入直流(liu)電平的方(fang)法,提高了(le)壓電式渦(wo)街流量計(ji)對低流速(su)♌流體的測(ce)量性能，從(cong)而降低了(le)測量的最(zui)低下限值(zhi),并且提高(gao)了測量精(jing)度和抗幹(gan)擾能力。将(jiang)改🛀🏻進後的(de)渦街流量(liang)計 進行實(shi)驗,實驗表(biao)明,改進後(hou)的渦街流(liu)量計的測(ce)量下限從(cong)改進前的(de)22.3m³/h下降到18.5m³/h,最(zui)低下限處(chu)的不确定(ding)度從0.28%下降(jiang)到0.165%,實驗🌈結(jie)果💋證明🐉改(gai)動是有效(xiao)的。
0引言
　　由(you)于渦街流(liu)量計的原(yuan)理相對簡(jian)單,結構也(ye)不太複雜(za)，因此最近(jin)幾年得到(dao)了飛速的(de)發展。但是(shi)渦街流量(liang)計發展💘起(qi)來的時間(jian)還不長,本(ben)身存在的(de)--些問題⚽仍(reng)然沒有得(de)到✂️很好的(de)解決。其中(zhong)非常大的(de)一個缺陷(xian)就是渦街(jie)流量計對(dui)低流速‼️流(liu)體不敏⚽感(gan),當流速低(di)時渦街檢(jian)測不到流(liu)體❌的旋渦(wo),這個缺陷(xian)的存在很(hen)大程度上(shang)限🈲制了它(ta)的使用。工(gong)業中.常用(yong)的渦街流(liu)量計檢測(ce)旋渦頻率(lü)的方法是(shi),在發生體(ti)尾部放置(zhi)一個壓電(dian)晶體,當有(you)旋渦産生(sheng)時會😍因爲(wei)壓力的💃🏻變(bian)化使壓電(dian)晶體産生(sheng)電荷信号(hao),然後通過(guo)電❤️荷放大(da)電路将電(dian)荷信号放(fang)大。因此電(dian)荷放大🌈電(dian)路的優劣(lie)直接影響(xiang)渦街流量(liang)計的性能(neng)好壞問。本(ben)文通過😘對(dui)電荷放大(da)電路的理(li)論❤️分析并(bing)結合渦街(jie)流量計🔞自(zi)身的特點(dian)對原有的(de)電荷放大(da)電路進行(hang)了改進,并(bing)在實驗中(zhong)進行了驗(yan)證,得到了(le)很好的實(shi)驗結果。
1電(dian)荷放大器(qi)的原理
　　壓(ya)電式渦街(jie)流量計的(de)工作原理(li)是:當流體(ti)流過渦街(jie)發生體的(de)🌈時候在流(liu)體中産生(sheng)旋渦,旋渦(wo)産生向.上(shang)的升力,檢(jian)測元件把(ba)受到的升(sheng)力以應力(li)形式作用(yong)在壓電晶(jing)體元件上(shang)，轉換成交(jiao)變的電荷(he)信号,經電(dian)荷放大、濾(lü)波、整形後(hou)得到旋渦(wo)頻率信号(hao)。電荷放🈲大(da)電路的核(he)心是将壓(ya)電晶體.上(shang)受力産生(sheng)的電荷🔞轉(zhuan)換成電壓(ya)信号。其電(dian)路結構如(ru)圖1所示。
 
　　通(tong)過電路圖(tu)利用基爾(er)霍夫電流(liu)定律可以(yi)得出如🎯下(xia)電流關系(xi):
I2=-i1+i2（1）
　　根據歐姆(mu)定律可以(yi)把式（1）寫成(cheng)如下格式(shi)：
 
　　式中:Rƒ爲反(fan)饋電阻;Cƒ爲(wei)反饋電容(rong);V0爲輸出電(dian)壓;Vt爲輸入(ru)電壓;Es爲🈲壓(ya)電晶體産(chan)生的等效(xiao)電壓;Cs爲信(xin)号源等效(xiao)電容🐪;Ce爲電(dian)纜之間的(de)分布電容(rong)。
　　将下面2個(ge)公式代入(ru)式(1):
 
　　從以上(shang)理論分析(xi)可以得出(chu)以下結論(lun):當運放的(de)開環💚增益(yi)足夠大,下(xia)限頻率足(zu)夠低時,輸(shu)出電壓正(zheng)比與輸入(ru)電荷量,這(zhe)就🔆是電💯荷(he)放大器的(de)原理。
2改進(jin)的電荷放(fang)大電路
　　通(tong)過以上對(dui)電荷放大(da)電路的原(yuan)理研究并(bing)結合渦街(jie)流量⭐計🚶本(ben)身的一些(xie)特點,本文(wen)設計出了(le)如圖2所示(shi)的電荷‼️放(fang)大電路。本(ben)電路的主(zhu)要特點是(shi)采用差🌈動(dong)放大,而且(qie)爲了增加(jia)本.電路的(de)電壓信号(hao)的幅值和(he)避免由于(yu)接地而使(shi)低于地電(dian)位的有用(yong)信号丢失(shi),在電路中(zhong)引入了一(yi)個直流電(dian)平,有效地(di)避免了💁信(xin)号在傳輸(shu)過🙇‍♀️程中被(bei)削波。如圖(tu)2所示,運放(fang)A2和電阻R3、R4組(zu)成了電壓(ya)跟随電路(lu),使輸出電(dian)平能很好(hao)地穩定在(zai)某一值上(shang),電阻6R和電(dian)容C10可以抑(yi)制電源引(yin)起的幹💃🏻擾(rao)。
 

3實驗研(yan)究
　　爲了對(dui)改進後的(de)渦街流量(liang)計電荷放(fang)大電路的(de)性能進行(hang)測試,在氣(qi)體裝置上(shang)進行了實(shi)驗,并與改(gai)進前的渦(wo)街🏃🏻‍♂️流量計(ji)的測量結(jie)果進行了(le)比較。實驗(yan)結果顯示(shi),改進後的(de)渦街流量(liang)計在測量(liang)下限從改(gai)進🏃🏻‍♂️前的22.3m³/h下(xia)降到18.5m³/h,最低(di)下限處的(de)不确定度(du)從0.28%下降到(dao)0.165%,因此可以(yi)看出改進(jin)後的電荷(he)放大電路(lu)使渦街流(liu)量🏃計本身(shen)的性能得(de)到了提高(gao)。
4結論
　　本文(wen)通過對整(zheng)個電荷放(fang)大電路的(de)理論分析(xi),利用所得(de)出💘的理論(lun)結果并且(qie)兼顧到實(shi)際應用中(zhong)的具體情(qing)況來獲取(qu)電路🈲的各(ge)個參數值(zhi),應用于壓(ya)電式渦街(jie)流量計上(shang)性能優良(liang)的電荷放(fang)大✉️電路,并(bing)通過實驗(yan)驗證了改(gai)進的結果(guo)是令人滿(man)意的💛。

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