引言：本文講的主要是內(nèi)容是關(guān)于抗干擾技術(shù)在蒸汽流量計(jì)中的應(yīng)用。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為有效地操作和控制，需要測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中各種介質(zhì)的物理參數(shù)，其中流體的流量是經(jīng)常測(cè)量和控制的參數(shù)之一。隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是在注重產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)核算和企業(yè)效益的當(dāng)今時(shí)代，流量測(cè)量就顯得更為重要。在當(dāng)今的流量測(cè)量計(jì)量中，蒸汽流量計(jì)被如此廣泛利用是由于壓力損失小，測(cè)量精度高，安裝方便，不受被測(cè)介質(zhì)物理性質(zhì)的影響，信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等特點(diǎn)，應(yīng)用技術(shù)日趨完善，尤其在大管徑和水、油等液體介質(zhì)的流量測(cè)量方面應(yīng)用更加廣泛。

公式和原理    

蒸汽流量計(jì)是基于流體動(dòng)力學(xué)中的卡門(mén)渦街原理制成的。在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，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(zhì)(壓力、溫度、密度等)無(wú)關(guān)，即：

        Q=k f

        式中：Q為一體積流量；k為儀表常數(shù)；f 為旋渦頻率。

        根據(jù)上述測(cè)量原理，蒸汽流量計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)就是易受電磁和機(jī)械振動(dòng)的干擾，由此造成在一些場(chǎng)合限制了蒸汽流量計(jì)的正常使用，這也是蒸汽流量計(jì)的工作條件。解決抗干擾問(wèn)題是擴(kuò)展量程下限、改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的有效途徑。

     蒸汽流量計(jì)的阻流體以壓電晶體檢測(cè)旋渦頻率，得壓電信號(hào)經(jīng)交流放大和觸發(fā)器，將旋渦頻率變成脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)送到二次儀表經(jīng)換算后顯示被測(cè)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。

        E > u > V

        干擾信號(hào)V的大小決定蒸汽流量計(jì)的量程下限。因此擴(kuò)展蒸汽流量計(jì)的量程下限必須從降低干擾信號(hào)入手。調(diào)整交流放大倍數(shù)K只能對(duì)輸出信號(hào)加強(qiáng)，而量程下限并不能得到擴(kuò)展。

抗干擾措施

        蒸汽流量計(jì)的干擾信號(hào)主要有電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾兩種，如何解決這兩種抗干擾問(wèn)題就成為改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的關(guān)鍵。蒸汽流量計(jì)通常采用金屬外殼，外殼的屏蔽效應(yīng)可以防止電場(chǎng)和射頻干擾；對(duì)于磁場(chǎng)的干擾，可以在內(nèi)部電路設(shè)計(jì)中通過(guò)優(yōu)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(shù)的發(fā)展和制造工藝的完善也不成問(wèn)題。因此抗電磁干擾主要是抗地線電流干擾。

      電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾是蒸汽流量計(jì)的重要干擾因素，限制了量程下降，影響蒸汽流量計(jì)在低流速、小流量測(cè)量中的使用。通過(guò)在電路上設(shè)計(jì)采用光隔離限流抗干擾措施，可以有效解決地線電流的干擾，解決抗電磁干擾的主要問(wèn)題；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用雙壓電晶體的差動(dòng)壓電傳感器和差動(dòng)放大電路可消除機(jī)械振動(dòng)的干擾。以上兩種抗干擾措施共同采用的結(jié)果，可以將蒸汽流量計(jì)的量程下限擴(kuò)展至原量程下限的1/2～1/3。

        蒸汽流量計(jì)的壓電晶體裝在阻流體結(jié)構(gòu)上，壓電晶體的一端接外殼，故信號(hào)前置放大器必然接地。蒸汽流量計(jì)的輸出信號(hào)送到二次儀表，而信號(hào)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(gè)電流在信號(hào)放大器的地線中流過(guò)就會(huì)有壓降，這個(gè)壓降與有效信號(hào)迭加在一起，無(wú)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，最徹底的辦法是把二次儀表來(lái)的直流電源隔離。即將直流電源經(jīng)變壓器隔離后再整流成直流供給蒸汽流量計(jì)，使二次儀表的地線與壓電晶體的地線之間無(wú)任何電氣連接。同時(shí)有效測(cè)量信號(hào)經(jīng)前置放大后變成脈沖信號(hào)，經(jīng)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(duì)較高，體積又大，制造工藝上不容易實(shí)現(xiàn)，大大降低了實(shí)用性。光隔離限流抗干擾措施，能有效減少地線電流的干擾。原理如圖2所示。 

        V₁- V₂- V_R = V₂ f

        式中：V₁為電源電壓；V₂為放大器用的電壓；V_R為三端穩(wěn)壓器的最低電壓； V₂ f 為電阻r 兩端交流電壓雙峰值。

        機(jī)械振動(dòng)對(duì)蒸汽流量計(jì)的干擾更為普遍，抗機(jī)械振動(dòng)干擾的措施還要從蒸汽流量計(jì)的基本原理人手。蒸汽流量計(jì)的敏感元件即壓電晶體，封裝在阻流體或稱旋渦發(fā)生體內(nèi)，流體流經(jīng)阻流體時(shí)，阻流體兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦，旋渦的脈動(dòng)壓力作用于壓電晶體，使其產(chǎn)生與旋渦頻率或測(cè)量流量對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓，經(jīng)放大、觸發(fā)等信號(hào)處理后轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出。同時(shí)，管道的機(jī)械振動(dòng)也同樣作用于壓電晶體，使其產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于振動(dòng)頻率的信號(hào)，這個(gè)振動(dòng)干擾信號(hào)與流量測(cè)量有效信號(hào)無(wú)法分開(kāi)。只有當(dāng)有效信號(hào)幅值超過(guò)干擾信號(hào)幅值時(shí)，才能由門(mén)限取出有效信號(hào)。機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的最大幅值就成為被測(cè)流量的信號(hào)幅值下限，即量程下限。

        為了使蒸汽流量計(jì)盡可能測(cè)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(hào)的幅值而降低機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的幅值。改進(jìn)阻流體的結(jié)構(gòu)形狀，使傳感器能更好地接收旋渦的脈動(dòng)壓力，可使有效信號(hào)幅值提高。但更有效的辦法是在旋渦發(fā)生體的兩側(cè)封裝對(duì)應(yīng)的兩塊壓電晶體，即采用差動(dòng)壓電傳感器和差動(dòng)放大電路(見(jiàn)圖3)。由于機(jī)械振動(dòng)對(duì)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(cè)是交替產(chǎn)生的，通過(guò)差動(dòng)放大后，2塊壓電晶體相同的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)相互抵消削減，2塊壓電晶體相反的流量信號(hào)相加后增強(qiáng)。于是，大大降低了機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的干擾。 

總結(jié)

      本廠生產(chǎn)的智能渦街流量計(jì)就是蒸汽流量計(jì)，因?yàn)樗鼰o(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，壓損小，又節(jié)能環(huán)保，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低，不受流體組分、壓力、溫度的影響，應(yīng)用范圍可謂很廣泛，所以適用液體、氣體特別是蒸汽的優(yōu)點(diǎn)。另外更重要的一點(diǎn)，它具有高抗干擾性能，而且流量計(jì)量下限低的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)現(xiàn)有的渦街流量計(jì)有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，而且保持原價(jià)。

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