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機械振動對渦街流量計的幹擾更為普遍,抗機械振動幹擾的措施還要從渦街流量計的基本原理入手。渦街流量計的敏感元件即壓電晶體,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於壓電晶體,使其產生與旋渦頻率或測量流量對應的信號電壓,經放大、觸發等信號處理後轉換成脈衝信號輸出。同時,管道的機械振動也同樣作用於壓電晶體,使其產生對應于振動頻率的信號,這個振動幹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幹擾信號幅值時,才能由門限取出有效信號。機械振動幹擾信號的大幅值就成為被測流量的信號幅值下限,即量程下限。為了使渦街流量計儘可能測量低流速、小流量,必須提高信噪比,即儘量提高有效流量信號的幅值而降低機械振動幹擾信號的幅值。
廣州順儀自動化儀表有限公司介紹了渦街流量計抗電磁幹擾和機械振動幹擾的措施,採用這種辦法,可以有效擴展渦街流量計的量程下限,從而改進其性能。1引言在眾多的流量檢測解決方案中,渦街流量計由於測量精度高,壓力損失小,安裝方便,不受被測介質物理性質的影響,信號便於遠傳等特點,應用技術日趨完善,尤其在大管徑和水、油等液體介質的流量測量方面應用更加廣泛。渦街流量計是基於流體動力學中的卡門渦街原理製成的。在一定的雷諾數範圍內,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: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,渦街流量計的一個特點就是易受電磁和機械振動的幹擾,由此造成在一些場合限制了渦街流量計的正常使用,這也是渦街流量計的工作條件。
解決抗幹擾問題是擴展量程下限、改進渦街流量計的有效途徑。2工作條件渦街流量計的阻流體以壓電晶體檢測旋渦頻率,所得壓電信號經交流放大和觸發器,將旋渦頻率變成脈衝信號。脈衝信號送到二次儀表經換算後顯示被測流量。其中,交流放大器的放大倍數K和觸發器的門限電壓U可以調整,如圖1所示。圖1中信號電壓為E、幹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幹擾信號以保證觸發器能輸出有效信號,必須使幹擾信號V小於門限電壓u,而有效信號電壓E大於門限電壓u,即渦街流量計的工作條件是:E>u>V幹擾信號V的大小決定渦街流量計的量程下限。
因此擴展渦街流量計的量程下限必須從降低幹擾信號V入手。調整交流放大倍數K只能對輸出信號加強,而量程下限並不能得到擴展。3抗幹擾措施渦街流量計的幹擾信號主要有電磁幹擾和機械振動幹擾兩種,如何解決這兩種抗幹擾問題就成為改進渦街流量計的關鍵。渦街流量計通常採用金屬外殼,外殼的屏蔽效應可以防止電場和射頻幹擾;對於磁場的幹擾,可以在內部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製造工藝的完善也不成問題。因此抗電磁幹擾主要是抗地線電流幹擾。渦街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。渦街流量計的輸出信號送到二次儀表,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,就是地線電流幹擾。地線電流幹擾的解決措施是減小或消除了地線電流,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後再整流成直流供給渦街流量計,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後變成脈衝信號,經脈衝變壓器輸至二次儀表,根本上消除地線電流的影響,是一種極其有效的抗幹擾措施。然而變壓器隔離的辦法成本相對較高,體積又大,製造工藝上不容易實現,大大降低了實用性。光隔離限流抗幹擾措施,能有效減小地線電流的幹擾。
原理如圖2所示。圖中,a是壓電晶體的接地點,b是二次儀表的接地點。在地線迴路中接入電阻r,於是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,前置放大器地線迴路的電阻比電阻r小很多,由於電阻r的分壓作用,渦街流量計的前置放大級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後,由光隔離器件隔離輸出,採用這種辦法地線電流的幹擾至少可以降低一個數量級。可以看出,使用光隔離限流抗幹擾時為了使電源電壓有足夠的餘量以阻擋跨步電壓,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迴路電阻極小。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VR的低電壓;V2f為電阻r兩端交流電壓雙峰值。
機械振動對渦街流量計的幹擾更為普遍,抗機械振動幹擾的措施還要從渦街流量計的基本原理入手。渦街流量計的敏感元件即壓電晶體,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於壓電晶體,使其產生與旋渦頻率或測量流量對應的信號電壓,經放大、觸發等信號處理後轉換成脈衝信號輸出。同時,管道的機械振動也同樣作用於壓電晶體,使其產生對應于振動頻率的信號,這個振動幹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幹擾信號幅值時,才能由門限取出有效信號。機械振動幹擾信號的大幅值就成為被測流量的信號幅值下限,即量程下限。為了使渦街流量計儘可能測量低流速、小流量,必須提高信噪比,即儘量提高有效流量信號的幅值而降低機械振動幹擾信號的幅值。
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,即採用差動壓電傳感器和差動放大電路(見圖3)。由於機械振動對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,通過差動放大後,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後增強。於是,大大降低了機械振動信號的幹擾。4結束語電磁幹擾和機械振動幹擾是渦街流量計的重要幹擾因素,限制了量程下降,影響渦街流量計在低流速、小流量測量中的使用。通過在電路上設計採用光隔離限流抗幹擾措施,可以有效解決地線電流的幹擾,解決抗電磁幹擾的主要問題;結構設計上採用雙壓電晶體的差動壓電傳感器和差動放大電路可消除機械振動的幹擾。
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,即採用差動壓電傳感器和差動放大電路(見圖3)。由於機械振動對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,通過差動放大後,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後增強。於是,大大降低了機械振動信號的幹擾。4結束語電磁幹擾和機械振動幹擾是渦街流量計的重要幹擾因素,限制了量程下降,影響渦街流量計在低流速、小流量測量中的使用。通過在電路上設計採用光隔離限流抗幹擾措施,可以有效解決地線電流的幹擾,解決抗電磁幹擾的主要問題;結構設計上採用雙壓電晶體的差動壓電傳感器和差動放大電路可消除機械振動的幹擾。
與壓力成反比。這使氣體流量測量變得複雜，因為許多標準氣體流量測量技術在實際操作壓力和溫度下測量流量。另一方面，當比較不同燃燒源對能源管理系統的天然氣使用量時，期望的目標是在標準條件（標準溫度和壓力）下測量相對於規定壓力和溫度的流量。沼氣組成通常是甲烷和二氧化碳的混合物，根據具體應用，其他氣體的潛在痕量濃度。通常情況下，這個比例是65％的甲烷和35％的二氧化碳。沼氣可以來自多種來源，包括厭氧消化池，垃圾填埋場操作和有機工業廢物處理。沼氣的其他區別問題是，沼氣通常是潮溼的，也可能是髒的。沼氣測量系統經常在相對較低的壓力和較低的流量下運行。低流量，低壓力以及潮溼和的氣體的組合由於在低流量下缺乏靈敏度以及流動元件上可能積聚的顆粒物質困難而排除了流量測量技術。