渦街流量計(jì)智能技術(shù)的應(yīng)用與原理十六

第三章智能壓電式渦街流量計(jì)的硬件研制

§3．1變送器設(shè)計(jì)

智能壓電式渦街流量計(jì)檢測(cè)器由以下三個(gè)部分組成：①橫跨管道的漩渦發(fā)生體：②將漩渦能轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)的壓電傳感器；③對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和處理的變送。漩渦發(fā)生體和壓電傳感器第一章已有所論述，這一節(jié)主要論述變送器結(jié)構(gòu)。

前置放大電路的任務(wù)是將檢測(cè)元件(壓電晶體)提供的微弱電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器處理獲得有效的渦街脈沖頻率信號(hào)，并將此信號(hào)經(jīng)電路處理成可供積算顯示儀表顯示瞬時(shí)流量(體

積流量或質(zhì)量流量)的電信號(hào)。它由電荷、電壓轉(zhuǎn)換放大器、低通濾波器、限幅器以及施密特觸發(fā)整形器、f/I電路等組成。

f／I轉(zhuǎn)換電路由f/v電路和V/I電路組成。f/v轉(zhuǎn)換電路由在同一集成塊的四個(gè)異或門(mén)，Rc積分電路、Rc組容濾波及運(yùn)算放大器所組成；V／I電路由接成開(kāi)環(huán)放大器，反相端接地，同相端輸入信號(hào)的運(yùn)算放大器和晶體管，二極管等組成。由于f／v電路的輸出電壓不僅取決于輸入的方波頻率，而且還取決于Rc積分電路的時(shí)間常數(shù)，實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整需改變R或C值。這種方法缺乏靈活性和準(zhǔn)確性，也不適合于CPU分析處理，所以，本文將施密特觸發(fā)整形器的脈沖輸出信號(hào)作為所研制的智能壓電渦街流量計(jì)的智能模塊輸入信號(hào)，對(duì)之直接計(jì)數(shù)；另一路取自低通濾波器的正弦輸出信號(hào)，作為信號(hào)分析處理的采樣信號(hào)。

下面就前置放大的其它各部分電路分述如下：

(1)電荷、電壓轉(zhuǎn)換器

檢測(cè)元件(壓電晶體)的輸出是十分微弱的低頻交變電荷信號(hào)，經(jīng)過(guò)電荷、電壓轉(zhuǎn)換器將電荷量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。這里為了提高輸入級(jí)的共模抑制能力，采用的是雙端輸入的差動(dòng)電荷、電壓轉(zhuǎn)換器。其雙端的電容、電阻參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)，考慮到運(yùn)算放大器電容負(fù)反饋對(duì)直流工作點(diǎn)相當(dāng)于開(kāi)路，使放大器的零點(diǎn)漂移增大，工作穩(wěn)定性將變壞，故以很高的反饋電阻來(lái)提供直流工作點(diǎn)，抑制運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移。

(2)交流放大及低通濾波器

電荷／電壓轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)由兩級(jí)交流放大器及低通濾波器進(jìn)行放大及消除噪聲。

其中低通濾波器采用的是切比雪夫型低通濾波器。

(3)限幅器

限幅器用于對(duì)上述輸出信號(hào)電平進(jìn)行鉗位，從而進(jìn)一步消除干擾，提高放大器的信噪比。同時(shí)為后繼電路提供穩(wěn)定的觸發(fā)電壓。在運(yùn)算放人器的負(fù)反饋電阻上并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，就構(gòu)成了限幅器。當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出達(dá)到穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓U。時(shí)，穩(wěn)壓二極管將使反饋電阻失去作用，因此運(yùn)算放大器的輸出被限制，為了得到雙極性限幅，一般是采用兩個(gè)穩(wěn)壓二極管。

(4)施密特觸發(fā)整形器

將上述限幅后的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成有效幅度的脈沖輸出信號(hào)。由于施密特觸發(fā)整形器電路對(duì)輸入、輸出信號(hào)具有滯后作用，因此能夠有效地防止由噪聲產(chǎn)生的振蕩。

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