渦街流量計傳感器設(shè)計的關(guān)鍵性技術(shù)在于3個方面:1、傳感器表體設(shè)計。當流體經(jīng)過時,產(chǎn)生穩(wěn)定的卡門渦街信號;2、傳感器探頭的設(shè)計。將壓電陶瓷封裝在探頭內(nèi),卡門渦街信號作用于探頭時,探頭內(nèi)的壓電陶瓷將渦街信號變成渦街電信號;3、前置放大電路設(shè)計。將渦街電信號放大、濾波、整形變成相應的脈沖信號。
渦街傳感器信號的采集與變換電路即前置放大電路。它的任務是將檢測元件(壓電陶瓷傳感器)提供的微弱電荷信號經(jīng)過前置放大器處理獲得有效的渦街脈沖頻率信號,并將此信號經(jīng)電路處理成可供顯示儀表顯示的瞬時流量和累積流量(體積流量或質(zhì)量流量)。本系統(tǒng)使用的渦街傳感器是武漢市公司生產(chǎn)的PZT-5、PLN和PNTB型壓電陶瓷檢測頭,其結(jié)構(gòu)如圖3一1所示。
前置放大電路由電荷放大器、圖3-1渦街傳感器結(jié)構(gòu)交流放大器、二階有源低通濾波器、限幅器以及施密特整形器組成。設(shè)計時要求電路中所選擇的運算放大器具有低漂移、寬頻帶、高增益和高輸入阻抗等特性。通過查閱大量運算放大器的選型資料,并參考國內(nèi)外相關(guān)儀器電路,選出單增益放大器MAX4454、儀表放大器INA2321、低功耗運算放大器TLC2254和TLC27L4進行性能測試。依據(jù)不同的運算放大器設(shè)計了各自的渦街流量計信號采集電路試驗板,通過試驗比較發(fā)現(xiàn),MAX4454更適合濾波器設(shè)計,用作電荷放大很不理想,而且該芯片價格昂貴,市場存貨少,采購風險較大;mA2321是儀用放大器,具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比的特性,是電荷放大的理想選擇,卻不適用于后級的濾波和整形電路;TLC2254雖然具有更高的輸入阻抗和軌對軌輸出功能,但其每個運放35件A的靜態(tài)功耗是電池供電設(shè)備難以承受的。最終我們選擇了TI公司生產(chǎn)的運算放大器TLC27L4,它不僅滿足上述要求,而且功耗很低,常溫下工作電流最大僅為15泌;工作電源范圍較寬,電源電壓低至3v仍可繼續(xù)工作;該運放為單電源供電,雖然不像雙電源供電的運放那樣有較寬的動態(tài)范圍,但是可以通過提高電壓參考點至電源電壓的1/2處,避免波形在負半周期時出現(xiàn)飽和失真或截至失真。以下各節(jié)對前置放大電路各部分予以討論。
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