BURKERT流量計(jì)的抗干擾措施以及兩種干擾問題
    從BURKERT流量計(jì)的基本工作原理展開 ,介紹了渦街流量計(jì)抗電磁干擾和機(jī)械振動干擾的措施 ,采用這種辦法, 可以擴(kuò)展渦街流量計(jì)的量程下限, 從而改進(jìn)其 。
    1　 引言
    在眾多的流量檢測解決方案中, 渦街流量計(jì)由于測量精度高 ,壓力損失小, 安裝方便 ,不受被測介質(zhì)物理性質(zhì)的影響 ,信號便于遠(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)的流量測量方面應(yīng)用更加廣泛。
    BURKERT流量計(jì)是基于流體動力學(xué)中的卡門渦街原理制成的 。在定的雷諾數(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)無關(guān),即 :
    式中 :Q 為體積流量 ;k 為儀表常數(shù);f 為旋渦頻率 。根據(jù)上述測量原理, 渦街流量計(jì)的個(gè)特點(diǎn)就是易受電磁和機(jī)械振動的干擾 ,由此造成在些場合限制了渦街流量計(jì)的正常使用 ,這也是渦街流量計(jì)的工作條件。解決抗干擾問題是擴(kuò)展量程下限、改進(jìn)渦街流量計(jì)的途徑。
    2　 工作條件
    BURKERT流量計(jì)的阻流體以壓電晶體檢測旋渦頻率 ,所得壓電信號經(jīng)交流放大和觸發(fā)器 ,將旋渦頻率變成脈沖信號 。脈沖信號送到二次儀表經(jīng)換算后顯示被
    測流量 。其中, 交流放大器的放大倍數(shù) K 和觸發(fā)器的門限電壓U 可以調(diào)整, 如圖 1 所示 。
    BURKERT流量計(jì)中信號電壓為 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(shù)為K .因 u =UK ,故調(diào)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觸發(fā)器能輸出信號 ,必須使干擾信號 V 小于門限電壓u , 而信號電壓 E 大于門限電壓 u ,即渦街流量計(jì)的工作條件是 :
    BURKERT流量計(jì)干擾信號 V 的大小決定渦街流量計(jì)的量程下限 。因此擴(kuò)展渦街流量計(jì)的量程下限必須從降低干擾信號 V 入手 。調(diào)整交流放大倍數(shù) K 只能對輸出信號加強(qiáng), 而量程下限并不能得到擴(kuò)展。
    BURKERT流量計(jì) 抗干擾措施
    BURKERT流量計(jì)的干擾信號主要有電磁干擾和機(jī)械振動干擾兩種 ,如何解決這兩種抗干擾問題就成為改進(jìn)渦街流量計(jì)的關(guān)鍵。
    BURKERT流量計(jì)通常采用金屬外殼 ,外殼的屏蔽效應(yīng)可以防止電場和射頻干擾 ;對于磁場的干擾 , 可以在內(nèi)部電路設(shè)計(jì)中通過非磁性元件 、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題 。因此抗電磁干擾主要是抗地線電流干擾 。
    渦街流量計(jì)的壓電晶體裝在阻流體結(jié)構(gòu)上, 壓電晶體的端接外殼 ,故信號前置放大器必然接地 。渦街流量計(jì)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可能存在跨步電壓形成電流 。這個(gè)電流在信號放大器的地線中流過就會有壓降 , 這個(gè)壓降與信號迭加在起, 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, *的辦法是把二次儀表來的直流電源隔離。即將直流電源經(jīng)變壓器隔離后再整流成直流供給渦街流量計(jì) ,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(shí)測量信號經(jīng)前置放大后變成脈沖信號 , 經(jīng)脈沖變壓器輸二次儀表 , 根本上消除地線電流的影響 ,是種其的抗干擾措施 。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(shí)現(xiàn), 大大降低了實(shí)用性 。光隔離限流抗干擾措施 , 能減小地線電流的干擾 。原理如圖 2 所示 。
    BURKERT流量計(jì)的接地點(diǎn) , b 是二次儀表的接地點(diǎn) 。在地線回路中接入電阻 r ,于是 a 、b 兩點(diǎn)間的地線電流被電阻r 限制 , a 、b 兩點(diǎn)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(wěn)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(jì)的前置放大器地線中只有很小的地線電流。壓電晶體的信號經(jīng)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少可以降低個(gè)數(shù)量。
    BURKERT流量計(jì)使用光隔離限流抗干擾時(shí)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連接, 才能前置放大器地線回路電阻小。同時(shí)直流電源電壓的選擇應(yīng)符合下式 :
    V 1 -V 2 -V R ≥V 2 f
    式中:V 1 為電源電壓 ;V 2 為放大器用的電壓 ;V R 為三端穩(wěn)壓器VR 的低電壓 ;V 2 f 為電阻r 兩端交流電壓雙峰值。
    機(jī)械振動對渦街流量計(jì)的干擾更為普遍 , 抗機(jī)械振動干擾的措施還要從渦街流量計(jì)的基本原理入手。渦街流量計(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 , 旋渦的脈動壓力作用于壓電晶體 ,使其產(chǎn)生與旋渦頻率或測量流量對應(yīng)的信號電壓 ,經(jīng)放大 、觸發(fā)等信號處理后轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出。同時(shí), 管道的機(jī)械振動也同樣作用于壓電晶體 ,使其產(chǎn)生對應(yīng)于振動頻率的信號 ,這個(gè)振動干擾信號與流量測量信號無法分開 。只有當(dāng)信號幅值超過干擾信號幅值時(shí) ,才能由門限取出信號 。機(jī)械振動干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。