低功耗多变量涡街变送器的研究

　　1引言

　　研究的低功耗多变量涡街变送器是在传统涡街传感器的基础上开发的，它可同时检测温度、压力和流量信号，并通过温压补偿实现气体、蒸汽的质量流量测量，具有压损小、耐高温高压、量程比大、口径范围宽等优点。系统总功耗不大于2mA，两线制供电。

　　2多变量涡街变送器的工作原理

　　多变量涡街变送器由流量传感器、温度传感器、压力传感器、显示器和测量电路等部分组成，下面分别介绍各部分的工作原理。

　　2. 1流量测量原理

　　流量传感器是依据卡门涡街原理制成的。即在流动的流体中放置一个非流线型的对称形状的物体(涡街流量传感器中称之为漩涡发生体)，在流速达到一定值时，就会在其下游两侧产生两列有规律的交替变化的漩涡即卡门涡街，其单列漩涡频率正比于来流速度:

　　St的值与漩涡发生体宽度d和雷诺数Re有关。当雷诺数Re在2X104~7X106，的范围内，漩涡发生体和管径尺寸确定后，St值是一常数。

　　设管道与漩涡发生体之间的流通面积为A工，通过此截面的流量是qv，则:

　　(3)式说明，当流量计做好定型后，d,A，都为确定值，当流体雷诺数Re在2X104~7X106的范围内时，St也为常数，则公式(3)可以写成:

　　从公式(4)可知，单列漩涡频率数和流体体积流量成正比，只要用检测器检测出漩涡频率f的数目，就可准确地确定流量的大小。

　　2. 2 温度测量原理

　　本变送器中选用的温度传感器是Pt1000型铂电阻温度传感器，其工作原理是金属的电阻值随着温度变化而有规律地变化。当被测温度大于或等于0°C时，铂电阻的电阻值Rt和温度t之间存在如下关系:

　　温度测量电路如图1所示，根据放大器的虚短原理，电阻R1两端的电压恒为1. 5V，由此可得，流经Rl的电流恒为0. 15mA。又由放大器的虚断原理可知，流过Pt1000型铂电阻的电流也恒为0. 15mA，从而实现了用U. 15mA恒流源给铂电阻供电。在测量过程中，当温度每变化100°C时，由式(5)可得铂电阻的阻值变化ORpt约为390Ω左右，这样就会在铂电阻两端产生大约几十mV左右的电压信号，经放大传给A/D转换器、CPU、显示器即可输出温度的数值。电位器R3,R5用于调节输出信号的幅值。

　　2. 3压力测量

　　压力传感器采用PAA-8压阻式压力传感器，量程为0~SMPa，工作电流为0. 1 ~4mA，它是为统一OEM设计的，要求满足全部介质性能设计。

　　压力测量电路如图2所示，由于此类传感器的全部输出信号与供电电流成正比，因此采用0. 15mA的恒流源给压力传感器供电，满量程时可输出大约40mV左右的电压信号。1.2引脚为压力传感器的信号输入端，3, 4引脚·为压力传感器的信号输出端。LH0036为低功耗差动放大器(当工作电压为3V时，其功耗仅为3oμA),Rg的值根据放大倍数来决定。