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旋渦發生頻率的檢測

圓柱形旋渦發生體以三角柱旋渦發生體

 

    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.

    第一種檢測方法以圓柱形旋渦發生體熱線式為例,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,第一種方法靈敏度高,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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