基礎自動化LUGB系列渦街流量變送器的檢測放大器郁新，張國仁（沈陽化工學院，遼寧沈陽021）變送器的測量原理及檢測放大器的電路組成與工作原理。通過實際應用證明：該檢測放大電路在測量范圍、測量精度上都達到了一定的要求。。1文獻標識碼：B 1引言LUGB系列渦流量變送器是基于卡門渦街原理，利用應力檢測方式，以壓電晶體作為檢測敏感元件，并把檢測元件與旋渦發(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放大器。表體由一個與管道通徑相同的殼體和一個斷面為等腰三角形旋渦發(fā)生體及檢測探頭所構(gòu)成。當流體流經(jīng)三角柱時在其后方兩側(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系可表示為式中， f為旋渦分離頻率S為斯特哈爾數(shù)（對于一定的柱型，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，通過測量卡門渦街的分離頻率f便可檢測出管內(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，將同時產(chǎn)生與流體流動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。該信號經(jīng)檢測放大器輸出相應的電壓信號，與智能流量積算儀配套使用，可實現(xiàn)對被測介質(zhì)瞬時流量及累積流量的顯示。也可將電壓脈沖信號經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為0～10 mA、4～20 mA標準電流信號，供記錄、控制用。也可方便地與計算機聯(lián)網(wǎng)，應用于集中監(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，采用差動技術，使變送器對有效的旋渦信號輸出極性相反的信號，而對振動信號不輸出極性相反的信號，實現(xiàn)對有效信號進行放大而對無效信號給予抑制再進一步配合濾波技術，使本儀表大大的提高了抗振性。

　　2檢測放大器檢測放大器的工作原理是由檢測探頭的壓電晶體產(chǎn)生的電荷信號經(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。以下為該電路的分析。

　　2.1電荷放大器壓電晶體產(chǎn)生的電荷信號即傳感信號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恒壓源的影響。設R兩端電壓為U a1，則有圖，則可列出下述方程：式中， r為運放的差模輸入電阻A為運放的電壓放大倍數(shù)。

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

　　2.2電壓放大器由圖3可知，它是1個電壓串聯(lián)負反饋電路。

　　若忽略運放的輸入電流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低通濾波電路在實際系統(tǒng)中，輸入信號會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挑選出來，把不需要的高頻信號衰減掉，為此設計了一個低通濾波電路，如圖4所示。圖中的二極管用來防止本級放大器的失真。正常工作時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，對交流信號u而言：有u =u此時集成運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u u 時OL.輸出電壓發(fā)生跳變的臨界條件是：u u ，而此時集成運放兩個輸入端的電流均可視為零，則因為u =u 時對應的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，所以有當正弦信號通過該施密特觸發(fā)器時，輸出的波形為同頻率的脈沖信號， u間電阻R起到調(diào)節(jié)脈沖幅度的作用。

　　2.5基準源將運放接成跟隨器，通過6 V電壓的分壓即3 V做為放大器的基準源，以確保檢測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)試由信號發(fā)生器、檢測放大器、示波器3部分來完成。利用信號發(fā)生器的正弦信號來模擬壓電晶體產(chǎn)生的交變的電荷信號，做為檢測放大器的輸入信號，再經(jīng)檢測放大器，將正弦信號變換為同頻率的方波脈沖信號，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檢測放大器的輸入短路其輸出仍有脈沖信號②輸入正常的情況下，輸出脈沖信號不規(guī)則，這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因較復雜，但是可通過將各部分屏蔽來消除。

　　4結(jié)語實際應用證明，該流量變送器的測量范圍寬、測量精度高、抗振性強、運行可靠，可進行遠距離的信號傳輸，給用戶使用帶來了極大方便。

　　童詩白。模擬電子技術基礎。北京：高等教育出版王京安。渦街流量傳感器應用問題的探討。自動化張崇魏。渦街流量計輸入電路的設計。自動化儀表，歡迎訂閱《基礎自動化》雜志