涡街流量计信号放大处理电路设计

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1、涡街流量计信号放大电路1涡街流量计简介1.1涡街流量计在现代工业生产中的重要意义随着现代社会经济与科技的飞速发展，工业生产的方式也发生了天翻地覆的变化。其中，自动化程度的不断提高是现代化工业的重要特征之一。各种自动控制系统在现代工业生产中发挥着越来越重要的、无可替代的作用。同时一个工厂自动化程度的发展，以及自动控制系统的先进程度，也成为衡量一个工矿企业综合实力的重要标志。而目前的各种自动控制系统，都需要及时的获取对生产过程各种参数信息如（压力、温度、流量等）的测量数据，并对这些数据进行分析处理，而后再进行自动调节及控制。因此能够对各种过

2、程参数进行检测的各类自动检测仪表就成为自动化控制系统完成其控制功能的关键。在各种被控生产过程参数的测量中，流量的测量是最重要组成部分之一，在制药、食品、造酒、化工等产业中，为了节省能源、提高经济效益、提高产品质量，均需要对各种流体（如水、蒸汽、煤气、天然气、石油等）流量进行精确、及时的测量和严格的控制，这样就对各种流体流量的测量之精确性提出了越来越多和越来越高的要求。因此，高性能流量计在现代工业生产中的地位及其重要性就变得极为突出。到目前为止,现代工业生产中所使用的流量计测量方法和种类繁多。其测量原理各不相同，可以分别应用于各种不同工况

3、下的流量测量。在这些流量计中，力学原理流量计是一类最为常见，也是最为常用的一类流量计。通常，力学原理流量计根据其具体测量原理的不同又可以分成以下三大类：差压式流量计，容积式流量计，速度式流量计[1]。这三类流量计中，速度式流量计是种类最多、发展最为迅速的流量计。该种流量计首先通过某种方法测出流体的速度，而后根据流体流速、管道直径与流量之间的换算关系得出被测流体的流量值，如涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计都是较典型和较为常用速度式流量计[1]。在这几型流量计之中，涡街流量计具有量程范围宽（最大测量流量与最小测量流量值之比可以达到100：

4、1）、无机械可动部件、磨损小、压力损失小等优点，于此同时，涡街流量计的流量测量几乎不受被测流体的组成、密度、粘度、压力等因素的影响，因此其测量精度（，≤,其中为引用误差，为刻度示值误差，为量程，为精度等级）较高，可达到0.5或1级，现在已经成为流量测量仪表中最为重要的组成部分之一，在现代化工业生产的流量测量与控制中发挥着越来越大的作用[1]。1.2涡街流量计的基本测量原理涡街流量传感器利用卡门涡街原理来检测蒸汽、气体及低粘度的液体的流量。如图2.1所示，涡街流量计的内部，在与流体流向垂直的方向装有一个迎流面为钝体的柱体旋涡发生体，当被测

5、管道内的流体流过旋涡发生体时，在其后方两侧交替地产生两列旋涡(称之为卡门涡街)。漩涡产生的频率可以使用压电传感器探头进行测量，压电探头固定在旋涡发生体后并相隔一定距离。当方向交变的流体漩涡作用于探头之上时，产生图2.1涡街流量计原理图方向交变的的横向应力，在横向应力的作用下，探头将会产生一定的形变量，进而引起探头所带电荷发生变化，进而产生微弱电荷（电压）信号，后继信号处理电路通过对该微弱电压信号进行检测处理即可得到被测流体介质漩涡产生的频率[1]。当管道内流体的雷诺数（流体的雷诺数是判断管道内流体流动是层流还是湍流的依据，其计算式为，其

6、中D为流体管道直径，为流体的流速，为流体的动力粘度，的单位为，一般认为当管道内流体的雷诺数小于2320时，为层流状态[1]）在2×10～7×10时，旋涡所产生的频率与流体介质的平均速度及旋涡发生体的迎流面宽度d之间的关系为：（2.1）式中为斯特劳哈尔数，它是无量纲常数，当=2×10～7×10时，它的值约为0.15～0.22。通过压电元件检测出旋涡产生的频率，就可计算出平均流速，而体积流量与流体速度的关系为（2.2）其中为测量管道直径，这样就可以确定管道内的瞬时体积流量。经过科技人员的实验研究，瞬时体积流量与卡门漩涡频率之间的关系可总结概

7、括为：，其中为仪表系数，其计算式为(2.3)此外仪表系数的值还可以通过实验获取，即=[2]。1.3涡街流量计的国内外应用现状及亟待解决的问题1.3.1涡街流量计产生及其发展早在1878年，著名流体力学专家斯特劳哈尔就通过大量的实验发现了管道内流体振动频率与流体流速之间的对应关系，并进行了利用这一原理对流体流量测量的初步尝试，虽然未能制造出一型真正能够测量流量的流量计，却为涡街流量计的产生进行了理论上的准备。到了20世纪60年代末，人们开始了真正意义上的早期型号涡街流量计的研制工作，但这一时期的涡街流量计在测量精度上较大问题，因此只是在小

8、范围内投入使用。然而进入20世纪70、80年代后，涡街流量计由于其独有的特点而受到普遍重视并得到了迅速发展，大量型号的涡街流量计被开发出来，并迅速的投放市场。我国是世界上较早引进并生产涡街流量计的国家之一，