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          孔板流量計

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          孔板流量計的抗干擾措施及方法

          作者: 來源: 發布時間:2017-12-12 11:33:17

                  孔板流量計是基于流體動力學中的卡門渦街原理制成的。在一定的雷諾數范圍內,流體的流速或體積流量和旋渦頻率成正比而與流體的物理性質(壓力、溫度、密度等)無關,即:Q=kf

            式中:Q為一體積流量;k為儀表常數;f為旋渦頻率。
          根據上述測量原理,孔板流量計的一個特點就是易受電磁和機械振動的干擾,由此造成在一些場合限制了孔板流量計的正常使用,這也是孔板流量計的工作條件。解決抗干擾問題是擴展量程下限、改進孔板流量計的有效途徑。
          孔板流量計的工作條件:
            孔板流量計的阻流體以壓電晶體檢測旋渦頻率,得壓電信號經交流放大和觸發器,將旋渦頻率變成脈沖信號。脈沖信號送到二次儀表經換算后顯示被測流量。其中,交流放大器的放大倍數K和觸發器的門限電壓可以調整,如圖1所示。
            信號電壓為E、干擾信號折算到輸入端為V、門限電壓U折算到輸入端為u、交流放大倍數為K。因u=UK,故調整K或者U的效果是相同的。為了使門限電壓能阻止干擾信號以保證觸發器能輸出有效信號,必須使干擾信號V小于門限電壓u,而有效信號電壓E大于門限電壓u,即孔板流量計的工作條件是:E>u>V
            干擾信號V的大小決定孔板流量計的量程下限。因此擴展孔板流量計的量程下限必須從降低干擾信號入手。調整交流放大倍數K只能對輸出信號加強,而量程下限并不能得到擴展。
          孔板流量計的抗干擾措施
            孔板流量計的干擾信號主要有電磁干擾和機械振動干擾兩種,如何解決這兩種抗干擾問題就成為改進孔板流量計的關鍵??装辶髁坑嬐ǔ2捎媒饘偻鈿?,外殼的屏蔽效應可以防止電場和射頻干擾;對于磁場的干擾,可以在內部電路設計中通過優選非磁性元件、印刷電路板合理布線等辦法解決,隨著電子技術的發展和制造工藝的完善也不成問題。因此抗電磁干擾主要是抗地線電流干擾。
            孔板流量計的壓電晶體裝在阻流體結構上,壓電晶體的一端接外殼,故信號前置放大器必然接地??装辶髁坑嫷妮敵鲂盘査偷蕉蝺x表,而信號放大所需的直流電源又由二次儀表提供。壓電晶體的地線與二次儀表的地線之間極可能存在跨步電壓形成電流。這個電流在信號放大器的地線中流過就會有壓降,這個壓降與有效信號迭加在一起,無法分離,就是地線電流干擾。
            地線電流干擾的解決措施是減小或消除了地線電流,zui徹底的辦法是把二次儀表來的直流電源隔離。即將直流電源經變壓器隔離后再整流成直流供給孔板流量計,使二次儀表的地線與壓電晶體的地線之間無任何電氣連接。同時有效測量信號經前置放大后變成脈沖信號,經脈沖變壓器輸出至二次儀表,根本上消除地線電流的影響,是一種極其有效的抗干擾措施。然而變壓器隔離的辦法成本相對較高,體積又大,制造工藝上不容易實現,大大降低了實用性。光隔離限流抗干擾措施,能有效減少地線電流的干擾。
            a是壓電晶體的接地點,b是二次儀表的接地點。在地線回路中接入電阻r,于是a、b兩點間的地線電流被電阻r限制,a、b兩點間的電壓降在電阻r兩端。電阻r兩端的電壓降反映到電源正線上則被三端穩壓器R阻擋,前置放大器地線回路的電阻比電阻r小很多,由于電阻r的分壓作用,渦街流量計的前置放大器地線中只有很小的地線電流。壓電晶體的有效信號經放大后,由光隔離器件隔離輸出,采用這種辦法地線電流的干擾至少可以降低一個數量級??梢钥闯?,使用光隔離限流抗干擾時為了使電源電壓有足夠的余量以阻擋跨步電壓,信號放大器的地線與壓電晶體的地線之間必須很好連接,才能保證前置放大器地線回路電阻極小。同時直流電源電壓的選擇應符合下式:
            V1-V2-VR=V2f
            式中:V1為電源電壓;V2為放大器用的電壓;VR為三端穩壓器的zui低電壓;V2f為電阻r兩端交流電壓雙峰值。
            機械振動對孔板流量計的干擾更為普遍,抗機械振動干擾的措施還要從孔板流量計的基本原理人手??装辶髁坑嫷拿舾性磯弘娋w,封裝在阻流體或稱旋渦發生體內,流體流經阻流體時,阻流體兩側交替產生旋渦,旋渦的脈動壓力作用于壓電晶體,使其產生與旋渦頻率或測量流量對應的信號電壓,經放大、觸發等信號處理后轉換成脈沖信號輸出。同時,管道的機械振動也同樣作用于壓電晶體,使其產生對應于振動頻率的信號,這個振動干擾信號與流量測量有效信號無法分開。只有當有效信號幅值超過干擾信號幅值時,才能由門限取出有效信號。機械振動干擾信號的zui大幅值就成為被測流量的信號幅值下限,即量程下限。
            為了使孔板流量計盡可能測量低流速、小流量,必須提高信噪比,即盡量提高有效流量信號的幅值而降低機械振動干擾信號的幅值。改進阻流體的結構形狀,使傳感器能更好地接收旋渦的脈動壓力,可使有效信號幅值提高。但更有效的辦法是在旋渦發生體的兩側封裝對應的兩塊壓電晶體,即采用差動壓電傳感器和差動放大電路,由于機械振動對2塊壓電晶體的作用力是一致的,而流體旋渦在阻流體兩側是交替產生的,通過差動放大后,2塊壓電晶體相同的機械振動信號相互抵消削減,2塊壓電晶體相反的流量信號相加后增強。于是,大大降低了機械振動信號的干擾。

          上一篇:孔板流量計計量產生的影響主要有那些問題說明
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