旋涡发生频率的检测

 

    涡街流量计的流量信号是由旋涡的频率反映的，所以涡频如何检出，是涡街流量计研制的一个重要课题．

    从目前涡频信号检测原理来分，大致有这样两类：

    ①检测产生旋涡后在旋涡发生体附近的流动变化频率，主要通过热敏元件完成，

    ②检测旋涡产生后在旋涡发生体上受力的变化频率，这主要通过压电敏感元件完成．

    下面，我们将分别来讨论这两种检测方式的具体实例．

    第一种检测方法以圆柱形旋涡发生体热线式为例，其结构可见图3—9所示．圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通．空腔由隔墙分成两部分，在隔墙的中央部分有—小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝．

    当旋涡在圆柱体下游侧产生时，由于升力的作用，使得圆柱体下方的压力比上方高一些．圆柱体下方的流体在上下压力差的作用下，从圆柱体下方导压孔进入空胶，通过隔墙中央部分的小孔，流过铂电阻丝，从上方导压孔流出．如果将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会带走热量，改变其温度，也即改变其电阻值．当圆柱体上方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出，又一次通过铂电阻丝，又改变一次它的电阻值．由此可知：电阻值变化与流动变化相对应，也就与旋涡的频率相对应．所以，可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而得到流量值。

将铂电阻丝的电阻值变化转换成电信号的电路如图3—11所示．

图3－11    涡街流量计热检测方式电路框图

图中A1将电桥一臂的铂电阻丝的输出进行差动放大，通过功率放大器A2的输出电流反馈回电桥，使铂电阻丝的温度比流体温度高一恒定值．

    第二种检测方法以三角柱旋涡发生体为例．其结构可见图3—10所示．在三角柱的两侧装有两片弹性金属薄膜，它们兼为电容器的极扳，里面装有电极板．电极扳与金属膜之间充满了油，借以传递压力．

    这样当三角拄下面产生一个旋涡，同时下方的压力就高于上方压力，将三角拄下方的金属膜向里压入，而上方的金属膜就向外弹出，改变了两个电容器各自的电容量．这样，对应于交替产生的升力，两组电容器的电容量就差动地变化．于是，电容量变化与升力变化相对应，也就与旋涡的发生频率相对应．这样，就可由电容量变化频率得到旋涡频率，进而得到流量值．

    将电容量变化转换成电信号的电路框图见图3—22所示．涡检测传感器由两组金属膜和电极板组成差动变化电容器，将它放在静电容检测电桥上，由RF振荡回路产生激励．当涡产生时，静电容量发生变化，导致电桥不平衡，将该不平衡势通过RF放大电路放大，经检波后就得到与涡频相对应的信号．将该信号放大并整形成矩形波，由定电流回路作为给定电

流脉冲输出．反馈回路用于补偿温度变化引起的电桥不平衡．

两种检测方式相比，第一种方法灵敏度高，适用频率范围较宽，故对应的流量范围也较宽．但它构造精细，容易受到流体中杂质的影响．第二种方法结构坚固，可靠，在工业测量中应用较广泛．但由于升力与流速平方成正比，即流速增加10倍，升力将变化100倍．所以，如果要求流量计既能适用于大的流量范围，又能保证它具有一定的灵够度，这种方法是有一定困难的．

图3－12   电容式涡频检测器电路框图