解析渦街流量計的信號干擾問題

渦街流量計可廣泛用于大、中、小型各種管道給排水、工業(yè)循環(huán)、污水處理，油類及化學試劑以及壓縮空氣、飽和及過熱蒸汽、天然氣及各種介質流量的計量。渦街流量計的干擾信號主要有電磁干擾和機械振動干擾兩種，如何解決這兩種抗干擾問題就成為改進渦街流量計的關鍵。

         渦街流量計通常采用金屬外殼，外殼的屏蔽效應可以防止電場和射頻干擾;對于磁場的干擾，可以在內部電路設計中通過優(yōu)選非磁性元件、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。

         渦街流量計的壓電晶體裝在阻流體結構上，壓電晶體的一端接外殼，故信號前置放大器必然接地。渦街流量計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極可能存在跨步電壓形成電流。這個電流在信號放大器的地線中流過就會有壓降，這個壓降與有效信號迭加在一起，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，最徹底的辦法是把二次儀表（如流量計算儀）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，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。同時有效測量信號經(jīng)前置放大后變成脈沖信號，經(jīng)脈沖變壓器輸出至二次儀表，根本上消除地線電流的影響，是一種極其有效的抗干擾措施。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現(xiàn)，大大降低了實用性。光隔離限流抗干擾措施，能有效減少地線電流的干擾。

　　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，渦街流量計的前置放大器地線中只有很小的地線電流。壓電晶體的有效信號經(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至少可以降低一個數(shù)量級?？梢钥闯觯褂霉飧綦x限流抗干擾時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好連接，才能保證前置放大器地線回路電阻極小。同時直流電源電壓的選擇應符合下式： V1- V2- VR = V2 f 式中：V1為電源電壓;V2為放大器用的電壓;VR為三端穩(wěn)壓器的最低電壓; V2 f 為電阻r 兩端交流電壓雙峰值。

        機械振動對渦街流量計的干擾更為普遍，抗機械振動干擾的措施還要從渦街流量計的基本原理人手。渦街流量計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，流體流經(jīng)阻流體時，阻流體兩側交替產(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的信號電壓，經(jīng)放大、觸發(fā)等信號處理后轉換成脈沖信號輸出。同時，管道的機械振動也同樣作用于壓電晶體，使其產(chǎn)生對應于振動頻率的信號，這個振動干擾信號與流量測量有效信號無法分開。只有當有效信號幅值超過干擾信號幅值時，才能由門限取出有效信號。機械振動干擾信號的最大幅值就成為被測流量的信號幅值下限，即量程下限。

         為了使渦街流量計盡可能測量低流速、小流量，必須提高信噪比，即盡量提高有效流量信號的幅值而降低機械振動干擾信號的幅值。改進阻流體的結構形狀，使傳感器能更好地接收旋渦的脈動壓力，可使有效信號幅值提高。但更有效的辦法是在旋渦發(fā)生體的兩側封裝對應的兩塊壓電晶體，即采用差動壓電傳感器和差動放大電路。由于機械振動對2塊壓電晶體的作用力是一致的，而流體旋渦在阻流體兩側是交替產(chǎn)生的，通過差動放大后，2塊壓電晶體相同的機械振動信號相互抵消削減，2塊壓電晶體相反的流量信號相加后增強。于是，大大降低了機械振動信號的干擾。