渦街流量計智能技術的應用與原理十六
第三章智能壓電式渦街流量計的硬件研制
§3．1變送器設計
智能壓電式渦街流量計檢測器由以下三個部分組成：①橫跨管道的漩渦發生體：②將漩渦能轉換成電脈沖信號的壓電傳感器；③對信號進行放大和處理的變送。漩渦發生體和壓電傳感器第一章已有所論述，這一節主要論述變送器結構。
前置放大電路的任務是將檢測元件(壓電晶體)提供的微弱電信號經過前置放大器處理獲得有效的渦街脈沖頻率信號，并將此信號經電路處理成可供積算顯示儀表顯示瞬時流量(體
積流量或質量流量)的電信號。它由電荷、電壓轉換放大器、低通濾波器、限幅器以及施密特觸發整形器、f/I電路等組成。
f／I轉換電路由f/v電路和V/I電路組成。f/v轉換電路由在同一集成塊的四個異或門，Rc積分電路、Rc組容濾波及運算放大器所組成；V／I電路由接成開環放大器，反相端接地，同相端輸入信號的運算放大器和晶體管，二極管等組成。由于f／v電路的輸出電壓不僅取決于輸入的方波頻率，而且還取決于Rc積分電路的時間常數，實現量程調整需改變R或C值。這種方法缺乏靈活性和準確性，也不適合于CPU分析處理，所以，本文將施密特觸發整形器的脈沖輸出信號作為所研制的智能壓電渦街流量計的智能模塊輸入信號，對之直接計數；另一路取自低通濾波器的正弦輸出信號，作為信號分析處理的采樣信號。
下面就前置放大的其它各部分電路分述如下：
(1)電荷、電壓轉換器
檢測元件(壓電晶體)的輸出是十分微弱的低頻交變電荷信號，經過電荷、電壓轉換器將電荷量轉換成電壓信號。這里為了提高輸入級的共模抑制能力，采用的是雙端輸入的差動電荷、電壓轉換器。其雙端的電容、電阻參數完全對稱，考慮到運算放大器電容負反饋對直流工作點相當于開路，使放大器的零點漂移增大，工作穩定性將變壞，故以很高的反饋電阻來提供直流工作點，抑制運算放大器的零點漂移。
(2)交流放大及低通濾波器
電荷／電壓轉換器輸出的電壓信號經由兩級交流放大器及低通濾波器進行放大及消除噪聲。
其中低通濾波器采用的是切比雪夫型低通濾波器。
(3)限幅器
限幅器用于對上述輸出信號電平進行鉗位，從而進一步消除干擾，提高放大器的信噪比。同時為后繼電路提供穩定的觸發電壓。在運算放人器的負反饋電阻上并聯一個穩壓二極管，就構成了限幅器。當運算放大器的輸出達到穩壓二極管的穩定電壓U。時，穩壓二極管將使反饋電阻失去作用，因此運算放大器的輸出被限制，為了得到雙極性限幅，一般是采用兩個穩壓二極管。
(4)施密特觸發整形器
將上述限幅后的交流電壓信號轉換成有效幅度的脈沖輸出信號。由于施密特觸發整形器電路對輸入、輸出信號具有滯后作用，因此能夠有效地防止由噪聲產生的振蕩。
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