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干擾智能渦街流量計(jì)測(cè)量時(shí)的信號(hào)有兩種
在許多流量檢測(cè)解決方案中，智能渦街流量計(jì)不受被測(cè)介質(zhì)物理性質(zhì)的影響，信號(hào)傳輸方便，應(yīng)用技術(shù)日益完善，特別是在大直徑、水、油等液體介質(zhì)的流量測(cè)量中。
智能渦街流量計(jì)是基于流體動(dòng)力學(xué)中的卡門(mén)渦街原理。在一定的雷諾范圍內(nèi)，流體的流速或體積流量與渦流頻率成正比，與流體的物理性質(zhì)（壓力、溫度、密度等）無(wú)關(guān)，即：
Q=kf
儀式：Q為一體積流量，K為儀表常數(shù)，f為渦流頻率。
根據(jù)上述測(cè)量原理，智能渦街流量計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是容易受到電磁和機(jī)械振動(dòng)的干擾，限制了智能渦街流量計(jì)在某些場(chǎng)合的正常使用，這也是智能渦街流量計(jì)的工作條件。解決抗干擾問(wèn)題是擴(kuò)大范圍下限和改進(jìn)智能渦街流量計(jì)的有效途徑。
2工作條件
智能渦街流量計(jì)的阻流體通過(guò)壓電晶體檢測(cè)渦流頻率，通過(guò)交流放大和觸發(fā)器獲得壓電信號(hào)，并將渦流頻率轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)發(fā)送到二次儀器，轉(zhuǎn)換后顯示測(cè)量流量。其中，交流放大器的放大倍數(shù)K和觸發(fā)器的門(mén)限電壓可以調(diào)整，如圖1所示。
圖1中的信號(hào)電壓為E，干擾信號(hào)轉(zhuǎn)換為V，門(mén)限電壓U轉(zhuǎn)換為U，交流放大倍數(shù)為K。由于U=UK，調(diào)整K或U的效果相同。為防止門(mén)限電壓干擾信號(hào)，確保觸發(fā)器輸出有效信號(hào)，干擾信號(hào)V必須小于門(mén)限電壓U，有效信號(hào)電壓E大于門(mén)限電壓U，即智能渦街流量計(jì)的工作條件如下：
E>u>V
干擾信號(hào)V的大小決定了智能渦街流量計(jì)的范圍下限。因此，擴(kuò)大智能渦街流量計(jì)的范圍下限必須從減少干擾信號(hào)開(kāi)始。調(diào)整交流放大倍數(shù)K只能增強(qiáng)輸出信號(hào)，不能擴(kuò)大范圍下限。
3.抗干擾措施。
智能渦街流量計(jì)的干擾信號(hào)主要包括電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾。如何解決這兩個(gè)抗干擾問(wèn)題已成為改進(jìn)智能渦街流量計(jì)的關(guān)鍵。智能渦街流量計(jì)通常采用金屬外殼，外殼的屏蔽效果可以防止電場(chǎng)和射頻干擾；對(duì)于磁場(chǎng)干擾，可以通過(guò)內(nèi)部電路設(shè)計(jì)優(yōu)化非磁性元件，合理布線印刷電路板來(lái)解決。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和制造技術(shù)的改進(jìn)，這不是問(wèn)題。因此，抗電磁干擾主要是抗地線電流干擾。
智能渦街流量計(jì)的壓電晶體安裝在阻流體結(jié)構(gòu)上，壓電晶體的一端與外殼相連，因此信號(hào)前放大器必須接地。智能渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)發(fā)送到二次儀表，信號(hào)放大所需的DC電源由二次儀表提供。壓電晶體的接地線和二次儀表的接地線之間可能有跨步電壓形成電流。當(dāng)電流通過(guò)信號(hào)放大器的接地線時(shí)，會(huì)有壓降。這種壓降與有效信號(hào)重疊，不能分離，即接地電流干擾。
地線電流干擾的解決方案是減少或消除地線電流。嘴的完整方法是隔離二次儀器的直流電源。也就是說(shuō)，直流電源通過(guò)變壓器隔離，然后整流到直流供應(yīng)智能渦街流量計(jì)，使二次儀器的地線與壓電晶體的地線之間沒(méi)有電氣連接。同時(shí)，有效的測(cè)量信號(hào)在前放大后變成脈沖信號(hào)，通過(guò)脈沖變壓器輸出到二次儀器，從根本上消除了地線電流的影響，是一種非常有效的抗干擾措施。但變壓器隔離方法成本相對(duì)較高，體積大，制造工藝難以實(shí)現(xiàn)，大大降低了實(shí)用性。光隔離和限流抗干擾措施可以有效地減少地線電流的干擾。原理如圖2所示。
在圖中，A是壓電晶體的接地點(diǎn)，B是二次儀器的接地點(diǎn)。電阻r連接到接地電路，因此a和b之間的接地電流受到電阻r的限制，a和b之間的電壓降低到電阻r的兩端。電阻r兩端的電壓降反映在電源線上，并被三端穩(wěn)壓器r阻塞。前放大器接地電路的電阻遠(yuǎn)小于電阻r。由于電阻r的分壓，智能渦街流量計(jì)的前放大器接地線小的接地電流。放大壓電晶體的有效信號(hào)后，由光隔離器件隔離輸出。這樣，接地電流的干擾至少可以減少一個(gè)數(shù)量級(jí)?？梢钥闯觯瑸榱耸闺娫措妷河凶銐虻挠嗔縼?lái)阻擋跨步電壓，信號(hào)放大器的接地線必須與壓電晶體的接地線連接良好，以確保前放大器的接地電路電阻非常小。同時(shí)，直流電源電壓的選擇應(yīng)符合以下公式：
V1-V2-VR=V2f。
公式：V1為電源電壓，V2為放大器電壓，VR為三端穩(wěn)壓器zui低壓，V2f為電阻r兩端交流電壓雙峰。
機(jī)械振動(dòng)對(duì)智能渦街流量計(jì)的干擾較為普遍，抗機(jī)械振動(dòng)干擾的措施也來(lái)自智能渦街流量計(jì)的基本原理。智能渦街流量計(jì)的敏感元件是包裝在電阻流體或渦流發(fā)生器中的壓電晶體。當(dāng)流體流過(guò)電阻流體時(shí)，電阻流體兩側(cè)交替產(chǎn)生渦流。渦流的脈動(dòng)壓力作用于壓電晶體，產(chǎn)生與渦流頻率或測(cè)量流量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓，并在放大、觸發(fā)等信號(hào)處理后轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)輸出。同時(shí)，管道的機(jī)械振動(dòng)也作用于壓電晶體，產(chǎn)生與振動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，不能與流量測(cè)量的有效信號(hào)分離。只有當(dāng)有效信號(hào)振幅超過(guò)干擾信號(hào)振幅時(shí)，才能從門(mén)限中提取有效信號(hào)。機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的嘴大值成為測(cè)量流量的信號(hào)振幅下限，即測(cè)量范圍的下限。
為了測(cè)量智能渦街流量計(jì)的低流量和小流量，必須提高信噪比，即有效流量信號(hào)的振幅和機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的振幅。改善阻力流體的結(jié)構(gòu)形狀，使傳感器能夠更好地接收渦流的脈動(dòng)壓力，并提高有效的信號(hào)振幅。但更有效的方法是將相應(yīng)的兩個(gè)壓電晶體包裝在渦流發(fā)生器的兩側(cè)，即使用差壓電傳感器和差放大電路。由于機(jī)械振動(dòng)對(duì)兩個(gè)壓電晶體的力相同，阻力流體兩側(cè)交替產(chǎn)生流體渦流。差放大后，相同的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)相互抵消和減少，相反的流量信號(hào)增加。因此，機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的干擾大大降低。
4結(jié)束語(yǔ)
電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾是智能渦街流量計(jì)的重要干擾因素，限制了智能渦街流量計(jì)在低流量和小流量測(cè)量中的應(yīng)用。光隔離限流抗干擾措施可有效解決地線電流干擾和抗電磁干擾的主要問(wèn)題；雙壓晶體差壓電傳感器和差動(dòng)放大電路可消除機(jī)械振動(dòng)干擾。由于上述兩種抗干擾措施，智能渦街流量計(jì)的范圍下限可擴(kuò)大到原范圍下限的1/2~1/3。