摘要:從(cong)渦街流量計 的基(jī)本工作原理展開(kai),介紹了渦街流量(liàng)計抗電磁幹擾和(he)機🐅械振動幹擾的(de)措施,采用這種辦(ban)法，可以有效擴展(zhǎn)渦街流量計的量(liàng)程下限,從而改進(jin)其性⛱️能。
1引言
　　在衆(zhōng)多的流量檢測解(jie)決方案中,渦街流(liu)量計由于🔴測🈲量🔞精(jing)度高，壓力損失小(xiao),安裝方便,不受被(bèi)測介質物理性質(zhì)的影🆚響,信号便于(yú)遠傳等特點,應用(yòng)技術日趨完善,尤(you)其在大管徑和水(shui)、油等液🌈體介質的(de)流🔴量測量方面應(yīng)用更📧加廣泛。
　　渦街(jiē)流量計是基于流(liu)體動力學中的卡(ka)門渦街原理制成(cheng)的。在一定的雷諾(nuo)數範圍内,流體的(de)流速或體積流量(liang)和旋🧡渦頻率成正(zheng)比而與流體的物(wù)理性🚩質(壓力、溫度(dù)、密度等)無✔️關,即:
Q=kƒ
　　式(shi)中:Q爲一體積流量(liàng);k爲儀表常數;ƒ爲旋(xuán)渦頻率。根據上述(shu)測✊量原理,渦街流(liu)量計的一個特點(dian)就是易受電磁和(he)機械振動的幹擾(rao),由此造成在一些(xiē)場合限制了渦街(jie)流量計的正常使(shi)用,這也是渦街流(liú)量計的工作條件(jian)。解決抗❌幹擾問題(tí)是擴展量程下限(xiàn)、改📞進渦街流量㊙️計(jì)的有效途徑。
2工作(zuò)條件
　　渦街流量計(jì)的阻流體以壓電(diàn)晶體檢測旋渦頻(pín)率,所得壓電🐉信号(hào)經交流放大和觸(chù)發器,将旋渦頻率(lǜ)變成脈沖信号。脈(mò)沖信号送到二次(cì)儀表經換算後顯(xiǎn)示被⭐測流量🥰。其中(zhong)，交流放大器的放(fang)大倍數K和觸發器(qì)的門限電壓U可以(yi)調整，如圖1所示。
 
　　圖(tú)1中信号電壓爲E、幹(gan)擾信号折算到輸(shū)人端爲V、門限電壓(ya)U折算到🔴輸人端爲(wei)u、交流放大倍數爲(wei)K.因u=UK,故調整K或者U的(de)效果是相同的。爲(wèi)了使門限電壓能(neng)阻止幹擾信号以(yi)保證💰觸發器能輸(shu)出✔️有效信号,必須(xu)使幹擾信号V小于(yú)門限電壓u,而有效(xiào)信号電壓E大于門(men)限電壓u,即渦街流(liu)量計的工作條件(jian)是:
E>u>V
　　幹擾信号V的大(dà)小決定渦街流量(liang)計的量程下限。因(yin)此擴展渦👈街流量(liàng)計的量程下限必(bì)須從降低幹擾⛹🏻‍♀️信(xin)号V入手。調整交流(liú)放大倍數K隻能對(dui)輸出信号加
強，而(er)量程下限并不能(néng)得到擴展。
3抗幹擾(rǎo)措施
　　渦街流量計(jì)的幹擾信号主要(yào)有電磁千擾和機(ji)械(振動🛀幹擾兩種(zhong),如何解決這兩種(zhǒng)抗千擾問題就成(cheng)爲改進渦街流量(liang)計的關鍵。
　　渦街流(liu)量計通常采用金(jīn)屬外殼,外殼的屏(ping)蔽效應可🛀以防止(zhi)㊙️電場和射頻幹擾(rǎo);對于磁場的幹擾(rao),可以在内👄部電💯路(lu)設計中通過優選(xuan)非磁性元件、印刷(shua)電路闆合🌈理布線(xian)㊙️等辦法解決,随着(zhe)電子技術的發展(zhan)和制造工藝的完(wán)善也不成問題。因(yin)此抗電磁幹擾主(zhǔ)要是抗地線電流(liu)幹擾。
　　渦街流量計(jì)的壓電晶體裝在(zài)阻流體結構上,壓(yā)電晶👅體的一端接(jie)外殼,故信号前置(zhì)放大器必然接地(di)。渦街流量計的輸(shu)出信号送到二次(cì)儀表,而信号放大(dà)所需的直流電源(yuán)又由二次✨儀表提(tí)🏃🏻供。壓電晶體的地(di)線與二次儀表的(de)地線之間極可能(néng)存在跨步電壓形(xing)成電流。這個電流(liú)在信号放大器的(de)地線中☂️流過就會(huì)有壓降,這個壓降(jiang)與有效信号叠加(jia)在一起,無法分🈲離(li),就是地線電流幹(gan)擾。
　　地線電流幹擾(rao)的解決措施是減(jiǎn)小或消除了地線(xiàn)電流，最徹底的辦(bàn)法是把二次儀表(biǎo)來的直流電源㊙️隔(ge)離。即将直流電源(yuán)經變🌂壓器隔離後(hòu)再整流成直🛀流供(gòng)給㊙️渦街流💚量計,使(shǐ)二次儀🔱表的地線(xiàn)與壓電晶體的地(dì)線之間無任何電(diàn)氣連接。同時有效(xiao)測量信号經前置(zhì)放大後變成脈❗沖(chong)信号,經脈沖變壓(ya)器輸至二次儀表(biǎo)♋,根本上消除地線(xiàn)電流的影響，是一(yi)種👨‍❤️‍👨極其有效的抗(kang)幹擾措施⭕。然而變(bian)壓🈲器隔離的辦法(fǎ)成本相對較高,體(tǐ)積👈又大,制造工藝(yi)上不容易實現,大(da)大降低🙇🏻了實用性(xing)。光🔅隔離限流抗幹(gàn)擾措施,能有♊效減(jian)小地線電流的千(qian)擾。原理如圖2所示(shi)🔴。
 
　　圖中，a是壓電晶體(ti)的接地點,b是二次(ci)儀表的接地點🥵。在(zài)地線回路🈚中接人(rén)電阻r,于是a、b兩點間(jian)的地線電流被電(diàn)阻r限制,a、b兩點間的(de)電壓降在電阻r兩(liǎng)端。電阻r兩🚩端的電(dian)壓降反✊映到電源(yuán)正線上則被三端(duan)穩壓器R阻擋,前置(zhi)放大器地線回路(lù)的電阻比電阻r小(xiao)很多📐，由于電阻r的(de)分壓作用,渦街流(liú)量計的前置放大(da)級器地線中隻有(you)很小的地線電流(liú)。壓電晶體的有效(xiao)信号經放大後,由(you)光隔離器件隔離(lí)輸出，采用這種辦(bàn)法地線電流的幹(gàn)☔擾至少可以降低(dī)一個數量級。
　　可以(yǐ)看出,使用光隔離(lí)限流抗幹擾時爲(wèi)了使電源電壓有(you)㊙️足💃夠的餘量以阻(zǔ)擋跨步電壓,信号(hao)放大器的地線與(yu)壓電晶體🎯的地線(xiàn)之間必須很好連(lián)接,才能保證👈前置(zhi)放🈚大器地線回路(lù)電阻極小。同時直(zhi)流電源電壓🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的.選(xuan)擇應符合下式:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式(shì)中:V1爲電源電壓;V2爲(wèi)放大器用的電壓(yā);VR爲三端穩壓器VR的(de)最低電壓;V2ƒ爲電阻(zǔ)r兩端交流電壓雙(shuāng)峰值。
　　機械振動對(dui)渦街流量計的幹(gan)擾更爲普遍，抗機(ji)械振動✌️千擾的🔞措(cuo)施還要從渦街流(liu)量計的基本原理(lǐ)人手。
　　渦街流量計(ji)的敏感元件即壓(yā)電晶體,封裝在阻(zu)流📧體或✔️稱旋渦發(fa)生體内，流體流經(jing)阻流體時,阻流體(tǐ)兩側交替産生旋(xuán)渦，旋渦的脈動壓(yā)力作用于壓電晶(jing)體，使其産生與旋(xuán)渦頻率或測量流(liu)量對應的信号電(dian)壓,經放大、觸發等(deng)信号處理後轉換(huàn)成脈沖信号輸出(chu)。同時,管道的機械(xie)🏃‍♂️振動也同樣作用(yong)于壓電晶體,使其(qí)産生對應于振動(dong)頻率的信号,這個(ge)振動幹擾信号與(yu)流量💰測量有效信(xìn)号無法分開。隻有(you)當有效信号幅值(zhi)超過幹擾信号幅(fú)值時,才能由門限(xiàn)取出有效🧑🏾‍🤝‍🧑🏼信号。機(jī)械振❌動幹擾⛷️信号(hao)的最大幅值就成(cheng)爲被測流量的信(xin)号幅🌈值下限,即量(liàng)程下限。
　　爲了使渦(wō)街流量計盡可能(neng)測量低流速、小流(liú)量,必🧑🏽‍🤝‍🧑🏻須提高信噪(zào)比，即盡量提高有(yǒu)效流量信号的幅(fú)值而降低機🚩械振(zhèn)動幹擾信号的幅(fu)值。改進阻流體的(de)結構形狀,使傳感(gan)器能更好地接收(shou)旋渦的脈動壓力(lì),可使有效信号幅(fú)🌈值提高。但更有效(xiao)的辦法是在旋渦(wo)發生體的兩側封(fēng)裝對應的兩塊壓(yā)電晶體,即采用差(cha)動壓電傳感器和(hé)差動🙇‍♀️放大電路(見(jiàn)圖3)。由于機械振動(dòng)🏒對2塊壓電晶體🈲的(de)作用力是--緻的,而(er)流體旋渦在阻流(liú)體兩側是交替産(chan)生的,通🍓過差動放(fàng)大後,2塊壓電晶體(ti)相同的機械振動(dòng)信号相互抵消削(xue)減,2塊壓電晶體相(xiang)反的流量信号相(xiang)加後🌈增強。于是,大(dà)大降低了機械振(zhen)動信号的幹擾。
 
4結(jié)束語
　　電磁于擾和(hé)機械振動幹擾是(shì)渦街流量計的重(zhòng)要幹擾因素,限制(zhì)了量程下降,影響(xiang)渦街流量計在低(dī)流速、小流量測量(liang)中的使用。通過在(zài)電路上設計采用(yòng)光隔離限流抗幹(gàn)擾措施,可以有效(xiao)解決地線電流的(de)幹擾，解決抗電磁(cí)幹擾的主要問題(ti);結構設計上采用(yòng)雙壓電晶體的差(chà)動壓電傳感器和(hé)差動放大電路可(kě)消除㊙️機械振動的(de)幹擾。以上兩種抗(kang)幹擾措施共同采(cai)用的結果,可以将(jiāng)渦街流量計的量(liang)程下限擴展至原(yuan)量程下限的1/2~1/3。

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