旋渦發生頻率的檢測

2008年09月16日 13:35

渦街流量計的流量信號是由旋渦的頻率反映的，所以渦頻如何檢出，是渦街流量計研制的一個重要課題．

從目前渦頻信號檢測原理來分，大致有這樣兩類：

①檢測產生旋渦后在旋渦發生體附近的流動變化頻率，主要通過熱敏元件完成，

②檢測旋渦產生后在旋渦發生體上受力的變化頻率，這主要通過壓電敏感元件完成．

下面，我們將分別來討論這兩種檢測方式的具體實例．

*種檢測方法以圓柱形旋渦發生體式為例，其結構可見圖3—9所示．圓柱體表面開有導壓孔，與圓柱體內部空腔相通．空腔由隔墻分成兩部分，在隔墻的中央部分有—小孔，在小孔中裝有檢測流體流動的鉑電阻絲．

當旋渦在圓柱體下游側產生時，由于升力的作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些．圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導壓孔進入空膠，通過隔墻中央部分的小孔，流過鉑電阻絲，從上方導壓孔流出．如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫度的某溫度值，則當流體流過鉑電阻絲時，就會帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值．當圓柱體上方產生一個旋渦時，則流體從上導壓孔進入，由下導壓孔流出，又一次通過鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值．由此可知：電阻值變化與流動變化相對應，也就與旋渦的頻率相對應．所以，可由檢測鉑電阻絲電阻變化頻率得到渦頻率，進而得到流量值。

將鉑電阻絲的電阻值變化轉換成電信號的電路如圖3—11所示．

圖3－11 渦街流量計熱檢測方式電路框圖

圖中A1將電橋一臂的鉑電阻絲的輸出進行差動放大，通過功率放大器A2的輸出電流反饋回電橋，使鉑電阻絲的溫度比流體溫度高一恒定值．

第二種檢測方法以三角柱旋渦發生體為例．其結構可見圖3—10所示．在三角柱的兩側裝有兩片彈性金屬薄膜，它們兼為電容器的極扳，里面裝有電極板．電極扳與金屬膜之間充滿了油，借以傳遞壓力．

這樣當三角拄下面產生一個旋渦，同時下方的壓力就高于上方壓力，將三角拄下方的金屬膜向里壓入，而上方的金屬膜就向外彈出，改變了兩個電容器各自的電容量．這樣，對應于交替產生的升力，兩組電容器的電容量就差動地變化．于是，電容量變化與升力變化相對應，也就與旋渦的發生頻率相對應．這樣，就可由電容量變化頻率得到旋渦頻率，進而得到流量值．

將電容量變化轉換成電信號的電路框圖見圖3—22所示．渦檢測傳感器由兩組金屬膜和電極板組成差動變化電容器，將它放在靜電容檢測電橋上，由RF振蕩回路產生激勵．當渦產生時，靜電容量發生變化，導致電橋不平衡，將該不平衡勢通過RF放大電路放大，經檢波后就得到與渦頻相對應的信號．將該信號放大并整形成矩形波，由定電流回路作為給定電

流脈沖輸出．反饋回路用于補償溫度變化引起的電橋不平衡．

兩種檢測方式相比，*種方法靈敏度高，適用頻率范圍較寬，故對應的流量范圍也較寬．但它構造精細，容易受到流體中雜質的影響．第二種方法結構堅固，可靠，在工業測量中應用較廣泛．但由于升力與流速平方成正比，即流速增加10倍，升力將變化100倍．所以，如果要求流量計既能適用于大的流量范圍，又能保證它具有一定的靈夠度，這種方法是有一定困難的．

圖3－12 電容式渦頻檢測器電路框圖

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