摘要(yào):通過對普遍使(shǐ)用于壓電(diàn)式(shì)渦街流(liú)量計 上的(de)電荷(hé)放大電路的理(lǐ)論分析(xī),對原有的電路進行了(le)改進。在電荷放(fàng)大(dà)電路(lù)中應用(yòng)差動放大和(hé)引(yǐn)入直(zhí)流電平的(de)方法,提(tí)高(gāo)了壓電式(shì)渦街(jiē)流量計對低(dī)流速流(liú)體的(de)測量性能(néng)，從而降低(dī)了測量的最(zuì)低下限(xiàn)值,并(bìng)且提高了(le)測量(liàng)精度和抗(kàng)幹擾能力。将改(gǎi)進後的渦街流(liú)量計 進行實驗,實驗(yàn)表(biǎo)明,改進(jìn)後的(de)渦街流量(liàng)計的測量下限(xiàn)從改進前的22.3m³/h下(xià)降到18.5m³/h,最低下限(xiàn)處的不确定度(dù)從0.28%下降(jiàng)到0.165%,實驗(yàn)結果證明(míng)改動(dòng)是有效的。
0引言(yán)
　　由于渦(wō)街流量(liàng)計的原理相對(duì)簡單,結構也不太複雜(zá)，因此最近幾年得到了飛速的發展。但(dàn)是渦街流量計(jì)發展(zhǎn)起來的時(shí)間還(hái)不(bú)長(zhǎng),本身存在(zài)的--些(xiē)問題(tí)仍然沒有(yǒu)得到(dào)很好(hǎo)的解決。其(qí)中非常(cháng)大(dà)的一(yī)個缺陷(xiàn)就是渦(wō)街流量計(jì)對低流速流(liú)體不敏(mǐn)感,當流速(sù)低時(shí)渦(wō)街(jiē)檢測(cè)不到(dào)流體的(de)旋渦,這個缺(quē)陷的(de)存在很大程度(dù)上限(xiàn)制了它的使用(yòng)。工業中(zhōng).常用的(de)渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)檢(jiǎn)測旋渦頻率的方法是,在發生(shēng)體尾部(bù)放置一(yī)個壓電晶體,當(dāng)有旋(xuán)渦(wō)産(chǎn)生時(shí)會因(yīn)爲壓(yā)力的變化使壓(yā)電晶(jīng)體産(chǎn)生(shēng)電荷信号,然後通過電(diàn)荷放大電路将(jiāng)電荷信(xìn)号放大(dà)。因此(cǐ)電荷放大(dà)電路(lù)的優(yōu)劣直(zhí)接(jiē)影響渦街流(liú)量計的性(xìng)能好(hǎo)壞問(wèn)。本文通過(guò)對電(diàn)荷放大電(diàn)路的理論分析(xī)并結合渦(wō)街流(liú)量計自(zì)身的特(tè)點對(duì)原有(yǒu)的電(diàn)荷放(fàng)大電路進(jìn)行了改進,并在(zài)實驗(yàn)中進行了(le)驗證,得到(dào)了很好的(de)實驗(yàn)結果(guǒ)。
1電荷放(fàng)大(dà)器的(de)原理
　　壓電式渦(wō)街流量計的工作原(yuán)理是:當流(liú)體流(liú)過(guò)渦街發(fā)生體(tǐ)的(de)時候在(zài)流體中(zhōng)産生旋(xuán)渦,旋渦産生向(xiàng).上的升力,檢測元件把受(shòu)到的(de)升力以應(yīng)力形(xíng)式作用在壓電(diàn)晶體元件上，轉(zhuǎn)換成交變(biàn)的電(diàn)荷信号,經電荷(hé)放大、濾波、整形(xíng)後得(dé)到旋(xuán)渦頻(pín)率信号。電荷放(fàng)大電路的核心(xīn)是将(jiāng)壓電晶體(tǐ).上受(shòu)力(lì)産生的電荷(hé)轉(zhuǎn)換成電(diàn)壓信号。其電路(lù)結構如圖1所示(shì)。
 
　　通過電(diàn)路圖利(lì)用基(jī)爾霍(huò)夫電(diàn)流定律(lǜ)可(kě)以得出如下電流關(guān)系:
i2=-i1+i2（1）
　　根據歐姆定(dìng)律可以把(bǎ)式（1）寫(xiě)成如下格式：
 
　　式中:rƒ爲(wèi)反饋電阻;cƒ爲反饋電(diàn)容;v0爲(wèi)輸出(chū)電壓;vt爲輸(shū)入電壓;es爲(wèi)壓電(diàn)晶體産生(shēng)的等(děng)效電壓;cs爲信号源等(děng)效電(diàn)容;ce爲(wèi)電纜之間(jiān)的分(fèn)布電容。
　　将(jiāng)下面2個公(gōng)式(shì)代入式(shì)(1):
 
　　從以(yǐ)上理論分(fèn)析可(kě)以得(dé)出以(yǐ)下結(jié)論:當運放的開環增(zēng)益足(zú)夠大,下限頻率(lǜ)足夠(gòu)低時(shí),輸出(chū)電(diàn)壓正比與輸(shū)入電荷量(liàng),這就(jiù)是電(diàn)荷放大器(qì)的原理(lǐ)。
2改進的(de)電荷(hé)放大電路(lù)
　　通過以上(shàng)對電(diàn)荷放大電路(lù)的(de)原理研究(jiū)并結合渦街(jiē)流(liú)量計本身(shēn)的一些特(tè)點(diǎn),本文設計出(chū)了如圖2所示的電荷(hé)放大(dà)電路(lù)。本電路的主要特點是采用差(chà)動放大,而且爲(wèi)了增(zēng)加本.電路(lù)的電壓信(xìn)号的(de)幅值(zhí)和(hé)避免由(yóu)于接(jiē)地而(ér)使低于地電(diàn)位的有(yǒu)用信号丢失,在(zài)電路中引(yǐn)入了(le)一個(gè)直流(liú)電平,有效地(dì)避(bì)免了信(xìn)号在傳(chuán)輸過(guò)程中(zhōng)被削波。如(rú)圖2所示,運(yùn)放a2和(hé)電阻r3、r4組(zǔ)成了電(diàn)壓跟(gēn)随電路,使(shǐ)輸出(chū)電平能很(hěn)好地(dì)穩定在某(mǒu)一值(zhí)上(shàng),電(diàn)阻6r和(hé)電容c10可以抑制(zhì)電源引起的幹擾。
 

3實驗(yàn)研究(jiū)
　　爲了對(duì)改(gǎi)進後的渦(wō)街流(liú)量計電(diàn)荷放大電路(lù)的性能進行測試,在氣體裝置(zhì)上進行了實驗,并與改進前的渦街流量計的(de)測量(liàng)結果進行(háng)了比較。實(shí)驗結果顯示,改進後的渦街流量計(jì)在測(cè)量下限從(cóng)改進前的(de)22.3m³/h下降(jiàng)到18.5m³/h,最低下限處(chù)的不确定(dìng)度從0.28%下降到0.165%,因(yīn)此可(kě)以看出改(gǎi)進後(hòu)的電荷(hé)放大(dà)電(diàn)路使渦街(jiē)流量(liàng)計本身(shēn)的性能(néng)得到(dào)了(le)提(tí)高。
4結(jié)論
　　本文通過對(duì)整個電荷放大電路的理(lǐ)論分析,利用所得出的理(lǐ)論結果并(bìng)且兼(jiān)顧到(dào)實際(jì)應用中的具體情況來獲取電(diàn)路的(de)各(gè)個(gè)參數(shù)值,應(yīng)用(yòng)于壓電(diàn)式渦(wō)街流量計(jì)上性(xìng)能(néng)優(yōu)良的(de)電荷(hé)放大電路(lù),并通過(guò)實(shí)驗驗(yàn)證了改進的結(jié)果(guǒ)是(shì)令(lìng)人滿意(yì)的。

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