涡街流量计的抗干扰措施

 

　　涡街流量计通常采用金属外壳,外壳的屏蔽效应可以防止电场和射频干扰;对于磁场的干扰,可以在内部电路设计中通过优选非磁性元件、印刷电路板合理布线等办法解决,随着电子技术的发展和制造工艺的完善也不成问题。因此抗电磁干扰主要是抗地线电流干扰。

 

　　涡街流量计的压电晶体装在阻流体结构上,压电晶体的一端接外壳,故信号前置放大器必然接地。涡街流量计的输出信号送到二次仪表,而信号放大所需的直流电源又由二次仪表提供。压电晶体的地线与二次仪表的地线之间极可能存在跨步电压形成电流。这个电流在信号放大器的地线中流过就会有压降,这个压降与有效信号迭加在一起,无法分离,就是地线电流干扰。

 

地线电流干扰的解决措施是减小或消除了地线电流,好彻底的办法是把二次仪表来的直流电源隔离。即将直流电源经变压器隔离后再整流成直流供给涡街流量计,使二次仪表的地线与压电晶体的地线之间无任何电气连接。同时有效测量信号经前置放大后变成脉冲信号,经脉冲变压器输至二次仪表,根本上消除地线电流的影响,是一种极其有效的抗干扰措施。然而变压器隔离的办法成本相对较高,体积又大,制造工艺上不容易实现,大大降低了实用性。光隔离限流抗干扰措施,能有效减小地线电流的干扰。原理如图2所示。

 

　图中,a是压电晶体的接地点,b是二次仪表的接地点。在地线回路中接入电阻r,于是a、b两点间的地线电流被电阻r限制,a、b两点间的电压降在电阻r两端。电阻r两端的电压降反映到电源正线上则被三端稳压器R阻挡,前置放大器地线回路的电阻比电阻r小很多,由于电阻r的分压作用,涡街流量计的前置放大级器地线中只有很小的地线电流。压电晶体的有效信号经放大后,由光隔离器件隔离输出,采用这种办法地线电流的干扰至少可以降低一个数量级。

 

　　可以看出,使用光隔离限流抗干扰时为了使电源电压有足够的余量以阻挡跨步电压,信号放大器的地线与压电晶体的地线之间必须很好连接,才能保证前置放大器地线回路电阻极小。同时直流电源电压的选择应符合下式:

 

机械振动对涡街流量计的干扰更为普遍,抗机械振动干扰的措施还要从涡街流量计的基本原理入手。涡街流量计的敏感元件即压电晶体,封装在阻流体或称旋涡发生体内,流体流经阻流体时,阻流体两侧交替产生旋涡,旋涡的脉动压力作用于压电晶体,使其产生与旋涡频率或测量流量对应的信号电压,经放大、触发等信号处理后转换成脉冲信号输出。同时,管道的机械振动也同样作用于压电晶体,使其产生对应于振动频率的信号,这个振动干扰信号与流量测量有效信号无法分开。只有当有效信号幅值超过干扰信号幅值时,才能由门限取出有效信号?；嫡穸扇判藕诺暮么蠓稻统晌徊饬髁康男藕欧迪孪?即量程下限。

 

　　为了使涡街流量计尽可能测量低流速、小流量,必须提高信噪比,即尽量提高有效流量信号的幅值而降低机械振动干扰信号的幅值。改进阻流体的结构形状,使传感器能更好地接收旋涡的脉动压力,可使有效信号幅值提高。但更有效的办法是在旋涡发生体的两侧封装对应的两块压电晶体,即采用差动压电传感器和差动放大电路(见图3)。由于机械振动对2块压电晶体的作用力是一致的,而流体旋涡在阻流体两侧是交替产生的,通过差动放大后,2块压电晶体相同的机械振动信号相互抵消削减,2块压电晶体相反的流量信号相加后增强。于是,大大降低了机械振动信号的干扰。