基礎(chǔ)自動(dòng)化LUGB系列渦街流量變送器的檢測(cè)放大器郁新，張國(guó)仁（沈陽化工學(xué)院，遼寧沈陽021）變送器的測(cè)量原理及檢測(cè)放大器的電路組成與工作原理。通過實(shí)際應(yīng)用證明：該檢測(cè)放大電路在測(cè)量范圍、測(cè)量精度上都達(dá)到了一定的要求。。1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 1引言LUGB系列渦流量變送器是基于卡門渦街原理，利用應(yīng)力檢測(cè)方式，以壓電晶體作為檢測(cè)敏感元件，并把檢測(cè)元件與旋渦發(fā)生體分離的一種新型流體振蕩型流量變送器。該變送器的核心部件是檢測(cè)放大器。表體由一個(gè)與管道通徑相同的殼體和一個(gè)斷面為等腰三角形旋渦發(fā)生體及檢測(cè)探頭所構(gòu)成。當(dāng)流體流經(jīng)三角柱時(shí)在其后方兩側(cè)交替產(chǎn)生兩列旋渦，其旋渦的分離頻率與流體的流速及旋渦發(fā)生體的迎流面寬度的關(guān)系可表示為式中， f為旋渦分離頻率S為斯特哈爾數(shù)（對(duì)于一定的柱型，該系數(shù)是常數(shù)）v為流體的流速d為柱體迎流面寬度。

　　由此式可知，通過測(cè)量卡門渦街的分離頻率f便可檢測(cè)出管內(nèi)流體的流速v ，再由流速v求出體積流量。旋渦在柱體兩側(cè)交替產(chǎn)生時(shí)，將同時(shí)產(chǎn)生與流體流動(dòng)方向垂直的橫向交變升力，該力作用于傳感器兩側(cè)，使檢測(cè)探頭的壓電晶體變形，輸出與旋渦分離頻率相同的交變信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)檢測(cè)放大器輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，與智能流量積算儀配套使用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)介質(zhì)瞬時(shí)流量及累積流量的顯示。也可將電壓脈沖信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為0～10 mA、4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，供記錄、控制用。也可方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用于集中監(jiān)控系統(tǒng)。

　　LUGB系列渦街流量變送器克服了以往變送器抗振性很差的缺點(diǎn)，采用差動(dòng)技術(shù)，使變送器對(duì)有效的旋渦信號(hào)輸出極性相反的信號(hào)，而對(duì)振動(dòng)信號(hào)不輸出極性相反的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行放大而對(duì)無效信號(hào)給予抑制再進(jìn)一步配合濾波技術(shù)，使本儀表大大的提高了抗振性。

　　2檢測(cè)放大器檢測(cè)放大器的工作原理是由檢測(cè)探頭的壓電晶體產(chǎn)生的電荷信號(hào)經(jīng)電荷放大器、電壓放大器、低通濾波器、施密特觸發(fā)器脈沖整形處理后輸出與流量成正比的電壓脈沖信號(hào)。以下為該電路的分析。

　　2.1電荷放大器壓電晶體產(chǎn)生的電荷信號(hào)即傳感信號(hào)等效于電容阻抗加上恒壓源，并聯(lián)R可以消除傳感器的等效阻抗變化對(duì)恒壓源的影響。設(shè)R兩端電壓為U a1，則有圖，則可列出下述方程：式中， r為運(yùn)放的差模輸入電阻A為運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)。

　　設(shè)計(jì)Z）并忽略運(yùn)放的輸入電流，比較后整理得通過選擇參數(shù)R可使信號(hào)工作在比例放大區(qū)，以保證電荷放大器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同頻率通過選擇R可改變放大倍數(shù)，從而改變電荷放大器的輸出信號(hào)幅度。

　　2.2電壓放大器由圖3可知，它是1個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。

　　若忽略運(yùn)放的輸入電流I i，則得一旦選定R后，可通過調(diào)節(jié)電位器R來改變電壓放大器的放大倍數(shù)。

　　2.3低通濾波電路在實(shí)際系統(tǒng)中，輸入信號(hào)會(huì)因干擾等原因含有一些高頻成分，所以必須將所需的低頻信號(hào)挑選出來，把不需要的高頻信號(hào)衰減掉，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)低通濾波電路，如圖4所示。圖中的二極管用來防止本級(jí)放大器的失真。正常工作時(shí)VD兩端電壓很小，不足以克服死區(qū)電壓，所以VD截止。

　　若忽略運(yùn)放的輸入電流，則有：由式（5）、式（6）得由此可看出，根據(jù)所需信號(hào)的頻率選擇合適的參數(shù)，使低通濾波電路工作在中頻段即比例放大部分，而不需要的信號(hào)則衰減掉了。

　　2.4施密特觸發(fā)器脈沖整形電路如圖5 ， 6所示，電容C起著隔直通交的作用，對(duì)交流信號(hào)u而言：有u =u此時(shí)集成運(yùn)放作為電壓比較器工作在非線性區(qū)域。

　　由電壓比較器的特性可知：當(dāng)u u 時(shí)OL.輸出電壓發(fā)生跳變的臨界條件是：u u ，而此時(shí)集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流均可視為零，則因?yàn)閡 =u 時(shí)對(duì)應(yīng)的u值就是閾值，所以有式中， u′的值有兩種情況即輸出高電平V或輸出低電平V OL，所以有當(dāng)正弦信號(hào)通過該施密特觸發(fā)器時(shí)，輸出的波形為同頻率的脈沖信號(hào)， u間電阻R起到調(diào)節(jié)脈沖幅度的作用。

　　2.5基準(zhǔn)源將運(yùn)放接成跟隨器，通過6 V電壓的分壓即3 V做為放大器的基準(zhǔn)源，以確保檢測(cè)放大器輸出脈沖波形的低電平為0 V.

　　3電路調(diào)試電路調(diào)試由信號(hào)發(fā)生器、檢測(cè)放大器、示波器3部分來完成。利用信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)來模擬壓電晶體產(chǎn)生的交變的電荷信號(hào)，做為檢測(cè)放大器的輸入信號(hào)，再經(jīng)檢測(cè)放大器，將正弦信號(hào)變換為同頻率的方波脈沖信號(hào)，之后由示波器觀察輸出波形。

　　在調(diào)試過程中可能出現(xiàn)以下現(xiàn)象：①檢測(cè)放大器的輸入短路其輸出仍有脈沖信號(hào)②輸入正常的情況下，輸出脈沖信號(hào)不規(guī)則，這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因較復(fù)雜，但是可通過將各部分屏蔽來消除。

　　4結(jié)語實(shí)際應(yīng)用證明，該流量變送器的測(cè)量范圍寬、測(cè)量精度高、抗振性強(qiáng)、運(yùn)行可靠，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸，給用戶使用帶來了極大方便。

　　童詩白。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。北京：高等教育出版王京安。渦街流量傳感器應(yīng)用問題的探討。自動(dòng)化張崇魏。渦街流量計(jì)輸入電路的設(shè)計(jì)。自動(dòng)化儀表，歡迎訂閱《基礎(chǔ)自動(dòng)化》雜志