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青天特克教你涡街的干扰信号及消除方法
涡街流量计产生的干扰信号主要是电磁干扰和机械振动干扰,如何有效地解决这两种干扰是旋涡流量计发展的关键。
涡街流量计一般采用金属外壳,外壳的屏蔽作用可防止电场和射频干扰;内部电路设计可通过优化非磁性元件、合理布线印制电路板等方法来解决磁场干扰;电子技术的发展和制造工艺的改进不会带来任何问题。所以抗EMI的最主要的是地线电流干扰。
涡街流量计的压电晶体采用阻流结构,其一端接外壳,因此信号前置放大器必须接地。涡街流量计的输出信号被送到二次仪表,而信号放大所需的直流电源则由二次仪表提供。压电性晶体的地线和次级仪器的地线之间可能存在电压的阶梯分布,从而形成电流。这种电流在信号放大器的地线上流过时会有压降,这种压降与有效信号相迭加而不能分离,是地线电流干扰。
解决地线电流干扰的方法是减少或消除地线电流,而最彻底的方法是隔离来自二次仪表的直流电源(如流量累积计)。将直流电源经变压器隔离后再整流到直流供电涡街流量计上,使得二次仪表的地线和压电晶体的地线之间没有电气连接。在此过程中,有效测量信号被放大为脉冲信号,脉冲器输出到二次仪表,从根本上消除了地线电流的影响,是一种极为有效的抗干扰措施。而采用变压器隔离的方法,成本相对较高,体积较大,生产工艺不易实现,大大降低了其实用性。光隔限流抗干扰措施,可有效降低地电流干扰。
涡街流量计受机械振动的干扰比较普遍,抗机械振动干扰的措施也要从涡街流量计的基本原理入手。压电晶体是涡街流量计的敏感元件,封装在阻流体或称涡流发生体中,当涡流通过阻流体时,它的两侧交替产生涡流,涡流的脉动压力作用于压电晶体,产生的信号电压与涡流频率或测量流量相对应,经放大、触发等信号处理后,转化为脉冲信号输出。与此同时,管路机械振动对压电晶体同样起作用,使其产生对应于振动频率的信号,这种振动干扰信号不能与流量测量中的有效信号分离。门限方法只能在有效信号幅度超过干扰信号幅度的情况下才能提取有效信号。在测量过程中,机械振动干扰信号的最大幅度即为被测流量的信号幅度下限。
为使涡街流量计能尽可能测量低流速、小流量,必须提高信噪比,即尽可能增大有效流量信号的幅度,减小受机械振动干扰的信号的幅度。通过改变阻流体的结构形状,使传感器能够更好地接收涡旋的脉动压强,可以提高有效信号的幅度。而更为有效的方法是将相应的两个压电晶体封装在涡流发生体的两侧,即采用了差动压电传感器和差动放大电路。因为两块压电晶体受机械振动作用的时间一致,而阻流体两侧的流体涡旋是交替发生的,经过差动放大后,两块压电晶体相同的机械振动信号相互抵消,两块压电晶体相反的流动信号相加后增强。从而大大减少了机械振动信号的干扰。
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