0引言
近年來，振動測量技術(shù)得以在航空、航天、電子、船舶等多領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，也因此成為了學者們爭相研究的熱點話題。振動測量技術(shù)是運用現(xiàn)代檢測手段實現(xiàn)對機械結(jié)構(gòu)振動的檢測，測量其流體的振動頻率，進而確定流體在管道中流速與流量，而渦街流量計正是一種基于振動測量原理的流量測量儀表，其主要用來測量渦街流體在管道中產(chǎn)生的旋渦頻率，是依據(jù)流體振動頻率與流速之間的比例關(guān)系的原理來工作的。渦街流量計應(yīng)用過程中需要利用振動檢測技術(shù)，將振動量轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的電荷量，并將電荷量轉(zhuǎn)化為電壓量，而電荷放大器在這其中起了關(guān)鍵性作用，由此也成了本文的研究重點，為了提升渦街流量計的測量精度。
1振動測量內(nèi)容介紹
振動測量技術(shù)是一種現(xiàn)代常用的流量測量方法之一，其依據(jù)振動測量基本原理對機械結(jié)構(gòu)振動進行檢測，并將振動運動量轉(zhuǎn)化為與之成一定比例的電學或是其它易于觀察、分析和處理的物理信號，最后通過對該信號頻率的計算分析，獲取機械振動結(jié)構(gòu)的振動特性，從而實現(xiàn)對機械設(shè)備振動的測量。
振動測量可根據(jù)結(jié)構(gòu)振動的類型，將儀器設(shè)備的振動信號分為兩類:確定性振動和隨機振動，本文所研究渦街流量計中流體所引起的振動，是其中的確定性振動，利用振動傳感器實現(xiàn)振動信號的采集，對流體的振動頻率進行測量，從而可以推算出流體的流量與速度。該基于振動測量技術(shù)原理的渦街流量計目前已經(jīng)被廣泛用于氣體、液體和蒸汽流量的測量。同時，渦街流量計對于振動測量來說是檢測流體振動的特征參數(shù)，在具體的測量過程中可采用的方法有三類:機械量法、光測法和電測法，本文所研究的渦街流量計中的振動測量技術(shù)采用的是電測法，運用振動測量傳感器獲取機械振動信號,并將其轉(zhuǎn)化成電信號，通過電荷放大器進行調(diào)理放大，進而確定流體在管道中流速與流量。
2振動測量系統(tǒng)的構(gòu)成
根據(jù)上述內(nèi)容可知，本文振動測量系統(tǒng)研究中采用的是電測法，這是振動測量中常用方法，與光測法和機械法比較而言，該方法具有使用頻率范圍寬，動態(tài)范圍廣，測量靈敏度高等優(yōu)勢，而且電測法能夠適用于不同的測振傳感器，而信號也便于被記錄、處理和傳送。由此，本文中的振動測量系統(tǒng)主要由:振動傳感器、電荷放大器、信號分析儀等構(gòu)成，如圖1所示。
2．1振動測量傳感器
振動測量傳感器是獲取振動信息的重要裝置，是振動測量系統(tǒng)的核心部分，其種類很多，在具體的應(yīng)用測量中應(yīng)結(jié)合不同的測量方法和目的選用不同的傳感器，以保證測量效果�，F(xiàn)代振動測量傳感器完全改變了傳統(tǒng)的獨立機械測量裝置，已經(jīng)成為整個振動測量系統(tǒng)的一個重要組成部分，用來檢測位移、速度、加速度、頻率和相位，而且還與電荷放大器等相關(guān)電子線路存在密切相關(guān)性。
同時，振動測量傳感其在機電變換原理方面存在差異性，輸出的電量形式并不相同，一般會將機械量的振動信號轉(zhuǎn)化為電阻、電感等電參數(shù)的變化，而且要設(shè)置專有的測量路線以便針對不同的機電變化原理，將傳感器的輸出電量轉(zhuǎn)化成為后續(xù)顯示、記錄、分析儀所接受的電信號形式。
2．2電荷放大器
電荷放大器能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷蹼姾尚盘栟D(zhuǎn)化為放大的電壓信號，同時又能夠?qū)鞲衅鞯母咦杩馆敵鲛D(zhuǎn)換成低阻抗輸出，并成功驅(qū)動后續(xù)電路。同時，在振動測量中，鑒于振動傳感器在特性上呈現(xiàn)出的差異性，測量參數(shù)涉及位移、速度以及加速度，而且這些被測振動量的峰值、振動頻率、周期和相位差等相關(guān)參數(shù)也應(yīng)該包含其中，由此，為了使測量參數(shù)能夠以最佳的方式獲得，在振動傳感器與信號分析儀之間需要設(shè)置電荷放大器以實現(xiàn)對位移、速度和加速度等不同電荷量信號的放大，并將其轉(zhuǎn)化成電壓或是電流信號。
2．3振動信號分析儀
振動信號分析儀能夠顯示振動的測量參數(shù)“加速度，速度，位移值”，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及分析功能，還可以正確診斷(如:不平衡，不對中，機械松動，軸承故障，齒輪箱故障)引起的振動過大，指出故障發(fā)生的位置及損壞程度，從而全面的掌握機器設(shè)備的運行狀況及發(fā)展趨勢。
3渦街流量計的工作原理
本文渦街流量計是基于”卡門渦街“原理而發(fā)展而來的一種流量測量儀器，其利用流體振動原理實現(xiàn)流量的測量。渦街流量計是在流體的垂直流向上安裝一根或是多跟非流線型旋渦發(fā)生體，在流體的流速達到特定比值時，會在阻流體的兩側(cè)各自釋放分離出兩串規(guī)則的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦，而且在一定的一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)流體的振動頻率與流速成相關(guān)性，運用振動檢測技術(shù)檢測旋渦分離頻率就能夠推算出流體的平均流速和流量，具體的工作原理如圖2所示。
當前，渦街流量計已經(jīng)成為主要流量測量儀器之一，因其測量可靠性好，測量范圍寬而被廣泛應(yīng)用于石油、化工、發(fā)電等領(lǐng)域，在對液體、氣體、蒸汽的流量計量及檢測和控制方面呈現(xiàn)良好的利用價值。然而，因為渦街流量計是利用振動測量技術(shù)實現(xiàn)流體測量的，其較易受到外界的干擾，影響了其測量精度;同時，由于渦街傳感器傳輸?shù)男盘栁⑷�，在噪聲的影響下小流量測量受限。為了保證渦街流量計的測量精度，應(yīng)充分地利用振動檢測技術(shù)，并減小電荷放大電路的噪聲，從而提高其應(yīng)用性能。
4振動檢測技術(shù)在渦街流量計中的應(yīng)用
4．1渦街流量計流體振動檢測
渦街流量計采用的是上述振動測量技術(shù)實現(xiàn)流體檢測的，對于渦街流量計的振動檢測而言，其只需檢測流體振動的特征參數(shù)，也即流體在具體應(yīng)用管道中產(chǎn)生的旋渦頻率即可實現(xiàn)振動測量獲取振動測量信號。當前，渦街流量計中應(yīng)用的振動檢測方式可采用:壓電式和電容式，壓電式是通過交替旋渦導致的壓力脈動使其檢測元件壓電晶體產(chǎn)生電脈沖來進行檢測的，而電容式的檢測元件是電容，其通過旋渦產(chǎn)生的壓差促使電容量改變差值來實現(xiàn)振動測量，其中壓電元件在響應(yīng)速度，以及其不易受流體密度、粘度和溫度的影響，具有良好的穩(wěn)定性，由此得以在渦街流量計中廣泛應(yīng)用。渦街流量計流體振動檢測具體如圖3所示。
本文渦街流量計振動測量系統(tǒng)中的壓電式傳感器的輸出的微弱電信號，同上述振動測量系統(tǒng)一樣需要將電荷信號經(jīng)過高輸入阻抗的前置放大器的阻抗交換之后，才能夠?qū)⒔柚诜糯髾z波電路將傳感器信號傳輸?shù)斤@示儀表或?qū)崿F(xiàn)遠程傳輸，這一過程都是依據(jù)振動檢測的相關(guān)原理和技術(shù)來完成的。
4．2渦街流量計傳感器
渦街流量計傳感器采用壓電傳感器，該傳感器測量效率高，可不用直接接觸測量介質(zhì)就能實現(xiàn)流體測量，通常運用壓電元件的應(yīng)力檢測方法來進行振動頻率的測量，具體操作過程是將有漩渦產(chǎn)生的交替變化的壓力轉(zhuǎn)化為壓電傳感器電荷信號，電荷信號的變化頻率與旋渦脫落頻率相同，經(jīng)過電子線路處理后的交變電荷轉(zhuǎn)化成旋渦頻率，因旋渦頻率與流體流量成正相關(guān)性，由此也就得到了流體流量。利用壓電晶體元件進行旋渦分離頻率的檢測，在柱體后部兩側(cè)實現(xiàn)旋渦的交替分離，從而促使壓力脈動的產(chǎn)生，經(jīng)安裝在主體候補尾流中順的探頭檢測到交變力，并使得位于探頭內(nèi)部的壓電晶體元件在交變力的壓力作用下產(chǎn)生變電荷，交變電荷信號在被檢測放大器處理或數(shù)字信號處理后，輸出頻率信號，或是轉(zhuǎn)化成與流量成比例的4～20mA直流標準信號輸出。
4．3渦街流量計放大電路
渦街流量計中傳感器所輸出的電壓信號，需要放大電路將其放大并對信號進行處理，利用振動測量技術(shù)的測量電路關(guān)鍵在于前置放大器的設(shè)置，其不僅能夠?qū)鞲衅鞯妮敵鲂盘枏母咦杩棺優(yōu)榈妥杩�，還能夠?qū)鞲衅魑⑷醯碾娦盘栠M行放大。前置放大電路可采用電壓放大器或是用帶電融反饋的電荷放大器，本文采用電荷放大器作為渦街流量計的轉(zhuǎn)換裝置，放大、濾波、整形后變成頻率與流速成正比的脈沖信號，然后進行計數(shù)處理得到流量信號，以此來提高渦街流量計的抗干擾能力。
5結(jié)語
機械振動是一種常見的現(xiàn)象，其直接影響著機器精度和正常運轉(zhuǎn)，而通過機械振動原理發(fā)展而來的振動測量技術(shù)則是工業(yè)控制和生產(chǎn)中的重要內(nèi)容之一，尤其與渦街流量計中的振動檢測原理存在眾多相通處，為振動檢測技術(shù)在渦街流量計中的應(yīng)用提供了可能性，由此，本文針對渦街流量計中振動檢測技術(shù)的應(yīng)用具有重要的理論意義和使用價值，并能夠推動渦街流量計的不斷創(chuàng)新發(fā)展提供相關(guān)依據(jù)。
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