渦街流量計(jì)信號放大處理電路設(shè)計(jì)

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1、渦街流量計(jì)信號放大處理電路設(shè)計(jì)渦街流量計(jì)信號放大電路1渦街流量計(jì)簡介1.1渦街流量計(jì)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要意義隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)與科技的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的方式也發(fā)生了天翻地覆的變化。其中，自動化程度的不斷提高是現(xiàn)代化工業(yè)的重要特征之一。各種自動控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的、無可替代的作用。同時一個工廠自動化程度的發(fā)展，以及自動控制系統(tǒng)的先進(jìn)程度，也成為衡量一個工礦企業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。而目前的各種自動控制系統(tǒng)，都需要及時的獲取對生產(chǎn)過程各種參數(shù)信息如（壓力、溫度、流量等）的測量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，而后再進(jìn)行自動調(diào)節(jié)

2、及控制。因此能夠?qū)Ω鞣N過程參數(shù)進(jìn)行檢測的各類自動檢測儀表就成為自動化控制系統(tǒng)完成其控制功能的關(guān)鍵。在各種被控生產(chǎn)過程參數(shù)的測量中，流量的測量是最重要組成部分之一，在制藥、食品、造酒、化工等產(chǎn)業(yè)中，為了節(jié)省能源、提高經(jīng)濟(jì)效益、提高產(chǎn)品質(zhì)量，均需要對各種流體（如水、蒸汽、煤氣、天然氣、石油等）流量進(jìn)行精確、及時的測量和嚴(yán)格的控制，這樣就對各種流體流量的測量之精確性提出了越來越多和越來越高的要求。因此，高性能流量計(jì)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位及其重要性就變得極為突出。到目前為止,現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中所使用的流量計(jì)測量方法和種類繁多。其測量原理各不相同，可以分別

3、應(yīng)用于各種不同工況下的流量測量。在這些流量計(jì)中，力學(xué)原理流量計(jì)是一類最為常見，也是最為常用的一類流量計(jì)。通常，力學(xué)原理流量計(jì)根據(jù)其具體測量原理的不同又可以分成以下三大類：差壓式流量計(jì)，容積式流量計(jì)，速度式流量計(jì)[1]。這三類流量計(jì)中，速度式流量計(jì)是種類最多、發(fā)展最為迅速的流量計(jì)。該種流量計(jì)首先通過某種方法測出流體的速度，而后根據(jù)流體流速、管道直徑與流量之間的換算關(guān)系得出被測流體的流量值，如渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)都是較典型和較為常用速度式流量計(jì)[1]。在這幾型流量計(jì)之中，渦街流量計(jì)具有量程范圍寬（最大測量流量與最小測量流量值之比可以

4、達(dá)到100：1）、無機(jī)械可動部件、磨損小、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)，于此同時，渦街流量計(jì)的流量測量幾乎不受被測流體的組成、密度、粘度、壓力等因素的影響，因此其測量精度（qMax?MaxL?100%，qMax≤Q%,其中q為引用誤差，?為刻度示值誤差，L為量程，Q為精度等級）較高，可達(dá)到0.5或1級，現(xiàn)在已經(jīng)成為流量測量儀表中最為重要的組成部分之一，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的流量測量與控制中發(fā)揮著越來越大的作用[1]。1.2渦街流量計(jì)的基本測量原理渦街流量傳感器利用卡門渦街原理來檢測蒸汽、氣體及低粘度的液體的流量。如圖2.1所示，渦街流量計(jì)的內(nèi)部，在與流體流向

5、垂直的方向裝有一個迎流面為鈍體的柱體旋渦發(fā)生體，當(dāng)被測管道內(nèi)的流體流過旋渦發(fā)生體時，在其后方兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列旋渦(稱之為卡門渦街)。漩渦產(chǎn)生的頻率可以使用壓電傳感器探頭進(jìn)行測量，壓電探頭固定在旋渦發(fā)生體后并相隔一定距離。當(dāng)方向交變的流體漩渦作用于探頭之上時，產(chǎn)生圖2.1渦街流量計(jì)原理圖方向交變的的橫向應(yīng)力，在橫向應(yīng)力的作用下，探頭將會產(chǎn)生一定的形變量，進(jìn)而引起探頭所帶電荷發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生微弱電荷（電壓）信號，后繼信號處理電路通過對該微弱電壓信號進(jìn)行檢測處理即可得到被測流體介質(zhì)漩渦產(chǎn)生的頻率[1]。當(dāng)管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re（流體的雷諾數(shù)是判

6、斷管道內(nèi)流體流動是層流還是湍流的依據(jù)，其計(jì)算式為Re?VD?，其中D為流體管道直徑，V為流體的流速，?為流體的動力粘度，?的單位為m2/s，一般認(rèn)為當(dāng)管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)小于2320時，為層流狀態(tài)[1]）在2×104～7×106時，旋渦所產(chǎn)生的頻率f與流體介質(zhì)的平均速度V及旋渦發(fā)生體的迎流面寬度d之間的關(guān)系為：f?SrV（2.1）d式中Sr為斯特勞哈爾數(shù)，它是無量綱常數(shù)，當(dāng)Re=2×104～7×106時，它的值約為0.15～0.22。通過壓電元件檢測出旋渦產(chǎn)生的頻率f，就可計(jì)算出平均流速V，而體積流量與流體速度的關(guān)系為D2d22?2DD2d24

7、4Q?[arcsin?d?]V（2.2）2D44其中D為測量管道直徑，這樣就可以確定管道內(nèi)的瞬時體積流量。經(jīng)過科技人員的實(shí)驗(yàn)研究，瞬時體積流量與卡門漩渦頻率之間的關(guān)系可總結(jié)概括為：Q?表系數(shù)，其計(jì)算式為K?D2d[arcsin22SrDd?2244?dD?d]D4422f，其中K為儀K(2.3)此外儀表系數(shù)的值還可以通過實(shí)驗(yàn)獲取，即K=取定時間內(nèi)檢測脈沖總數(shù)[2]。取定時間內(nèi)累積流量1.3渦街流量計(jì)的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及亟待解決的問題1.3.1渦街流量計(jì)產(chǎn)生及其發(fā)展早在1878年，著名流體力學(xué)專家斯特勞哈爾就通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了管道內(nèi)流體振動頻率

8、與流體流速之間的對應(yīng)關(guān)系，并進(jìn)行了利用這一原理對流體流量測量的初步嘗試，雖然未能制造出一型真正能夠測量流量的流量計(jì)，卻為渦街流量計(jì)的產(chǎn)生進(jìn)行了理論上的準(zhǔn)備。到了20