差动式流量传感器结构

对于旋进流量计，在扩散段与直管段交界处的轴对称点上，存在相位差为180°的两振动点；而涡街流量计是在钝体上前方的轴对称点上存在相位差为180°的两振动点，在这位置上，流体振动强度最强。因此，只要将两传感器或差动式传感器安装在此位置上，并将输出电荷信号进行差动放大，即可得到单传感器幅度两倍的电压信号。此时输出频率与流体振动频率一致，这有利于提高流量计的下限灵敏度。但是，当无流体通过流量计时，若管道内部介质压力存在波动或机械振动，差动式传感器则采用一体化刚性连接。当流量信号与干扰信号并存时，该结构的流量传感器也可将干扰信号剔除，并对流体振动信号进行检测。差动式流量传感器结构如图3所示。

图3 差动式流量传感器结构图

    差动式结构的传感器给流体振动信号和压力波动或机械振动等干扰信号提供了相位上的区别，但是放大电路必须对这两路信号进行正确处理，方可保证流量计具有最佳的抗干扰性能。放大电路原理如图4所示。

图4 放大器原理图    

    为保证零流量时，压电传感器或差动传感器在受压力波动或机械振动等干扰信号作用下输出同相位的信号，两压电片必须是同极性的。

    通过理论与实验证实，对于流体振动信号，由差动传感器检测并经N_1-1和N_1-2放大后的直流波形如图5中曲线A、B所示。A、B频率一致，但相差为180°。此两路信号经N_1-3比例差动放大后，即得出图5（a）中（A-B）的交流信号波形，其频率与流体振动频率一致，经施密特触发整形，即变为方波信号。该波形图是只有流量而无压力波动或机械振动时的波形。当只有压力波动或机械振动时，两传感器检测的电荷信号经放大后，输出波形如图5（b）中曲线A和B所示，其相位相同，频率和波形也基本一致；差动放大后，输出波形如图5（b）中的曲线C所示，干扰信号已基本剔除，流量计不再产生误计数。而若采用单传感器结构，图5（b）中的信号A经第二次放大后，干扰信号辐度高，频率处于流量频率范围内，从而造成流量计的误计数。

图5 信号波形图

    在有压力波动或机械振动的场合，单传感器结构难以使用，但对于双传感器结构，则不受影响。同理，当有流量且同时存在有干扰信号时，两个压电传感器检测的信号分别为流体振动信号与干扰信号的叠加。此时的波形很不规则，其中任何一路波形若经直接放大输出，再经施密特整形滤波后，其波形将很不均匀；频率变化无常，且受干扰影响，流量计无法检测出正常流体振动频率信号。如果将受干扰的两路信号经差动放大后输出，两路共模干扰信号将被剔除，只将其中的流体振动信号差动放大输出，经施密特整形滤波后即可反映正常的流体振动信号。双传感器的旋进式流量传感器和差动式涡街均具有较好的抗压力波动或机械振动干扰性能，因此，保证了小流量的计量准确。

    由以上分析可以看出，要使流体振动流量计具有良好的抗压力波动和机械振动干扰性能，必须在流体振动信号为反相而对压力波动等干扰为同相位的两流体振动点上，安装两个传感器或差动式传感器，再配合电路处理方可达到设计目的。对于旋进流量计，两传感器必须对称安装或基本对称安装在流体振动最强的扩大段与直管段交界的同一个横截面上，而其它安装方式（如90°安装）都达不到好的效果。就涡街流量计而言，最好在钝体上前方的轴对称点上安装差动式传感器，因为此处流体振动强度最强。

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