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生體及檢測探頭所構成。當流體流經三角柱時在其后方兩側交替產生兩列旋渦，其旋渦的分離頻率與流體的流速及旋渦發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（對于一定的柱型，該系數是常數）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便可檢測出管內流體的流速v ，再由流速v求出體積流量。旋渦在柱體兩側交替產生時，將同時產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，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，可實現對被測介質瞬時流量及累積流量的顯示。也可將電壓脈沖信號經轉換電路轉換為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網，應用于集中監控系統。

　　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生的電荷信號經電荷放大器、電壓放大器、低通濾波器、施密特觸發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。

　　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R可使信號工作在比例放大區，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，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，可通過調節電位器R來改變電壓放大器的放大倍數。

　　2.3低通濾波電路在實際系統中，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，根據所需信號的頻率選擇合適的參數，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域。

　　由電壓比較器的特性可知：當u u 時OL.輸出電壓發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器時，輸出的波形為同頻率的脈沖信號， u間電阻R起到調節脈沖幅度的作用。

　　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電路調試電路調試由信號發生器、檢測放大器、示波器3部分來完成。利用信號發生器的正弦信號來模擬壓電晶體產生的交變的電荷信號，做為檢測放大器的輸入信號，再經檢測放大器，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。

　　在調試過程中可能出現以下現象：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，輸出脈沖信號不規則，這些現象產生的原因較復雜，但是可通過將各部分屏蔽來消除。

　　4結語實際應用證明，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