涡街流量计智能技术的应用与原理十六

第三章智能压电式涡街流量计的硬件研制

§3．1变送器设计

智能压电式涡街流量计检测器由以下三个部分组成：①横跨管道的漩涡发生体：②将漩涡能转换成电脉冲信号的压电传感器；③对信号进行放大和处理的变送。漩涡发生体和压电传感器第一章已有所论述，这一节主要论述变送器结构。

前置放大电路的任务是将检测元件(压电晶体)提供的微弱电信号经过前置放大器处理获得有效的涡街脉冲频率信号，并将此信号经电路处理成可供积算显示仪表显示瞬时流量(体

积流量或质量流量)的电信号。它由电荷、电压转换放大器、低通滤波器、限幅器以及施密特触发整形器、f/I电路等组成。

f／I转换电路由f/v电路和V/I电路组成。f/v转换电路由在同一集成块的四个异或门，Rc积分电路、Rc组容滤波及运算放大器所组成；V／I电路由接成开环放大器，反相端接地，同相端输入信号的运算放大器和晶体管，二极管等组成。由于f／v电路的输出电压不仅取决于输入的方波频率，而且还取决于Rc积分电路的时间常数，实现量程调整需改变R或C值。这种方法缺乏灵活性和准确性，也不适合于CPU分析处理，所以，本文将施密特触发整形器的脉冲输出信号作为所研制的智能压电涡街流量计的智能模块输入信号，对之直接计数；另一路取自低通滤波器的正弦输出信号，作为信号分析处理的采样信号。

下面就前置放大的其它各部分电路分述如下：

(1)电荷、电压转换器

检测元件(压电晶体)的输出是十分微弱的低频交变电荷信号，经过电荷、电压转换器将电荷量转换成电压信号。这里为了提高输入级的共模抑制能力，采用的是双端输入的差动电荷、电压转换器。其双端的电容、电阻参数完全对称，考虑到运算放大器电容负反馈对直流工作点相当于开路，使放大器的零点漂移增大，工作稳定性将变坏，故以很高的反馈电阻来提供直流工作点，抑制运算放大器的零点漂移。

(2)交流放大及低通滤波器

电荷／电压转换器输出的电压信号经由两级交流放大器及低通滤波器进行放大及消除噪声。

其中低通滤波器采用的是切比雪夫型低通滤波器。

(3)限幅器

限幅器用于对上述输出信号电平进行钳位，从而进一步消除干扰，提高放大器的信噪比。同时为后继电路提供稳定的触发电压。在运算放人器的负反馈电阻上并联一个稳压二极管，就构成了限幅器。当运算放大器的输出达到稳压二极管的稳定电压U。时，稳压二极管将使反馈电阻失去作用，因此运算放大器的输出被限制，为了得到双极性限幅，一般是采用两个稳压二极管。

(4)施密特触发整形器

将上述限幅后的交流电压信号转换成有效幅度的脉冲输出信号。由于施密特触发整形器电路对输入、输出信号具有滞后作用，因此能够有效地防止由噪声产生的振荡。

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