摘要:比(bi)較了渦(wo)街流量(liàng)計 的測(cè)量方法(fǎ),選用了(le)具有靈(ling)敏度高(gāo)、耐熱性(xìng)強抗震(zhen)🏃性強等(děng)優點的(de)電容式(shi)渦街流(liu)量計,介(jie)紹了其(qi)測量原(yuán)理🏒與系(xi)統組成(cheng).通過科(ke)學的理(lǐ)論推導(dǎo),獲得渦(wo)街力、偏(piān)轉角與(yu)電容的(de)關系,并(bing)将電容(róng)式渦街(jie)流量測(cè)量信号(hào)處⭐理方(fāng)法進行(hang)分析和(hé)比較.最(zui)後🌈闡述(shu)了電容(róng)式渦街(jiē)流量計(jì)研制的(de)技術關(guan)鍵.
　　渦街(jie)流量計(jì)具有精(jing)度高、量(liàng)程比較(jiào)寬、線性(xìng)度較好(hǎo)且适用(yòng)各種⛹🏻‍♀️介(jie)質等一(yī)系列的(de)優點,在(zai)計量檢(jian)測中發(fā)揮❄️越來(lai)越大⁉️的(de)作用,有(yǒu)着廣泛(fan)的應用(yòng)前景,因(yīn)此對渦(wō)街⚽流量(liàng)計的研(yán)究具有(you)重❤️要的(de)意🔞義.
　　渦(wo)街流量(liàng)傳感器(qì)按檢測(ce)方式主(zhu)要有熱(rè)敏式、應(ying)力式、電(dian)容♍式等(deng)🚶.熱敏式(shi)渦街傳(chuan)感器靈(ling)敏度高(gāo),适宜低(dī)溫、低密(mì)度的氣(qì)體測量(liang),但💁易受(shòu)流體中(zhong)污物的(de)影響👌或(huò)損壞.應(ying)力式渦(wo)街傳感(gǎn)器具有(yǒu)響應快(kuai)、信号強(qiáng)、工藝性(xìng)好、制🈲造(zao)成本低(dī)等優點(diǎn),但🔞抗震(zhen)性相對(duì)較差,信(xin)噪比較(jiào)低,，在低(dī)密度、低(di)流速環(huan)境振動(dòng)大的場(chang)合不宜(yí)使用電(diàn)容式渦(wō)街流量(liang)計與其(qi)他渦街(jiē)流量計(jì)相比,具(jù)有靈🌈敏(mǐn)度高、耐(nai)熱性強(qiáng)、抗震性(xìng)強等優(yōu)點,因而(er)在工業(yè)企業中(zhōng)得到了(le)廣泛的(de)應用.
1電(dian)容式渦(wō)街流量(liàng)測量原(yuan)理與系(xi)統組成(cheng)
　　渦街流(liu)量計是(shi)利用流(liu)體振蕩(dàng)原理來(lai)測量流(liú)量或❄️流(liú)速.在流(liú)體中放(fàng)置一個(ge)具有均(jun1)勻斷面(mian)形狀的(de)擋😘體，在(zai)擋體的(de)兩側會(hui)交替産(chan)生一種(zhong)有規律(lǜ)的漩渦(wo),并向下(xià)遊流去(qù),非對稱(cheng)地形成(cheng)二列漩(xuan)渦列,即(ji)卡門渦(wo)街.利用(yong)這種漩(xuán)渦産生(sheng)的規律(lü),根據漩(xuán)渦産生(sheng)的⛷️頻率(lǜ)ƒ,通過
 
　　其(qí)中,ʋ表示(shì)流體流(liu)速;d表示(shi)漩渦發(fa)生體特(tè)征寬度(du);m表👨‍❤️‍👨示漩(xuán)渦發生(sheng)㊙️體兩側(cè)弓形面(miàn)積與管(guan)道橫截(jié)面面積(jī)👣之比;Q表(biao)示體積(ji)流量;D表(biao)示管道(dào)内徑;k表(biao)示流量(liàng)計儀表(biǎo)系數.斯(sī)特哈爾(ěr)數爲📧無(wu)量綱參(cān)數,它與(yu)旋渦發(fa)生😄體形(xíng)狀及🚶雷(lei)諾數有(you)🐅關，在雷(léi)諾數的(de)範圍爲(wei)2x104~7X106時,s;可視(shi)㊙️爲常數(shu),即儀表(biao)正常工(gōng)作🤞範圍(wei).
　　電容式(shì)渦街傳(chuán)感器的(de)檢測元(yuán)件是一(yi)-根剛性(xìng)空心圓(yuan)杆😘,當渦(wo)街作用(yong)在圓杆(gǎn)底部時(shi),剛性圓(yuan)杆會繞(rào)着㊙️固定(dìng)點偏轉(zhuan).圓杆.上(shang)部作🤟爲(wei)電容的(de)-一個極(ji)闆,，與另(lìng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼外兩個(ge)電極組(zǔ)成差動(dòng)電容,差(chà)🏃‍♂️動電容(rong)🈲值會随(sui)圓杆擺(bǎi)動而改(gai)🌈變,其規(gui)律爲與(yu)渦街發(fa)生同頻(pin)率的周(zhōu)期性變(biàn)化.轉換(huan)器檢測(ce)電容🚶的(de)變化,并(bìng)轉換爲(wei)脈沖信(xin)号,該脈(mò)沖頻㊙️率(lǜ)就是渦(wo)街的發(fa)生頻率(lü),與流量(liang)大小成(cheng)正比.轉(zhuan)🈲換器最(zuì)終輸出(chū)流量大(dà)小爲4~20mA模(mó)拟信号(hao)或通過(guo)HART現場總(zong)線輸出(chu)數字信(xìn)号.電容(rong)傳感器(qi)如圖1所(suǒ)示，.
 
　　渦街(jie)力與偏(pian)轉角的(de)關系是(shi)根據轉(zhuan)動的物(wù)體遵循(xun)牛頓轉(zhuǎn)動定律(lü)得出,通(tong)過必要(yào)的理論(lun)推導,獲(huo)得渦街(jie)力、偏轉(zhuan)角與電(dian)容的關(guan)系爲
 
　　其(qí)中，T表示(shi)物體所(suo)受到的(de)力矩;J表(biao)示物體(tǐ)轉動慣(guan)量;θ表✏️示(shi)角位移(yí);C表示粘(zhan)性摩擦(ca)系數.
渦(wō)街力與(yu)流速之(zhi)間的關(guān)系爲
 
　　其(qi)中，F表示(shì)渦街産(chan)生的交(jiāo)替推力(li)，T=F*R;CL表示無(wú)量綱系(xì)數;ʋ表示(shì)流體的(de)流速;Q表(biao)示流體(tǐ)的密度(du);D表示管(guan)道内徑(jing);d表示漩(xuán)渦發生(shēng)體迎流(liú)面寬度(du).
最後偏(pian)轉角與(yu)電容的(de)關系爲(wei)
 
　　其中,△C表(biao)示差動(dong)電容;Ɛ表(biao)示電容(rong)介質系(xì)數;b表示(shi)極闆寬(kuan)度;δ表示(shi)兩極闆(pan)的間距(ju).
　　電容式(shi)渦街流(liú)量計由(you)傳感器(qì)和轉換(huan)器兩部(bu)分組🧡成(cheng).傳感器(qì)包括漩(xuan)渦發生(sheng)體(阻流(liú)體)檢測(cè)元件、儀(yí)表表體(ti)等;轉換(huan)器包括(kuo)電荷檢(jian)測電路(lù)、濾波整(zhěng)形電路(lù)、微處理(li)器、D/A轉換(huàn)電路、輸(shu)出接口(kou)電路、顯(xiǎn)📐示通信(xìn)電路、端(duān)子、支架(jia)🐆和防護(hu)罩等.
2電(diàn)容式渦(wo)街流量(liang)測量計(jì)信号處(chù)理方法(fa)比較
　　渦(wo)街流量(liàng)信号由(you)兩部分(fèn)組成:--是(shì)由流速(sù)産生的(de)正🥰弦渦(wo)街信号(hao),1二是幹(gàn)擾引起(qǐ)的噪聲(shēng)信号,因(yin)此渦街(jie)信号遠(yuan)非⭐理想(xiǎng)的正弦(xián)波信号(hao),而是一(yi)個混有(you)強噪聲(shēng)的混🛀合(he)信号.現(xiàn)在，已經(jing)提出了(le)很多種(zhǒng)處理渦(wo)街信号(hào)的方法(fa),用來提(ti)取流量(liang)信号的(de)頻率.
2.1譜(pǔ)分析信(xìn)号處理(li)方法
　　建(jiàn)立噪聲(sheng)模闆和(hé)信号模(mó)闆的基(ji)礎上,用(yòng)譜分析(xī)方💚法消(xiao)除✨渦✌️街(jie)🏒流量計(ji)中的強(qiang)噪聲是(shì)近年來(lái)研究熱(re)點之一(yī),利用該(gāi)方法解(jie)決強幹(gan)擾條件(jiàn)下渦街(jiē)流量計(ji)測量問(wen)題.首先(xiān)将頻率(lǜ)測量範(fàn)圍分🏃🏻段(duan),在不同(tóng)頻段建(jian)立噪聲(sheng)模闆,然(rán)後用混(hùn)合信号(hào)的功率(lü)譜與噪(zào)💰聲模闆(pǎn),提取✏️噪(zao)聲,再利(li)用⭕插值(zhí)法消除(chu)噪聲,最(zui)後對消(xiao)除噪聲(sheng)的信号(hao)進行頻(pin)譜分析(xī),計算出(chū)頻率🤩，利(lì)用頻譜(pǔ)校正法(fa)提高計(jì)算精度(dù)[31.但是,噪(zào)聲情況(kuàng)各種各(ge)樣.不易(yì)獲得噪(zao)聲的所(suo)有模闆(pǎn).經典譜(pu)分析算(suàn)法對正(zheng)态分布(bù)🈲的白噪(zao)聲有很(hěn)好的抑(yì)制作用(yòng)，方法直(zhi)觀,容易(yì)編程實(shí)現.但在(zai)非整✊周(zhou)期采樣(yang)時誤差(cha)較大,需(xū)要進行(háng)頻譜校(xiao)正.而現(xiàn)代譜分(fen)析方法(fa)更适合(hé)短序列(liè)的譜分(fen)析,對噪(zào)聲抑制(zhì)能力強(qiang),精度高(gāo),但建模(mo)階數對(dui)功率譜(pu)計算的(de)結果有(you)影響🐉,有(yǒu)時💁還存(cun)在譜線(xian)分裂現(xian)象.
2.2自适(shi)應濾波(bō)信号處(chù)理方法(fa)
　　采用基(ji)于最小(xiǎo)均方自(zi)适應算(suan)法的現(xian)代譜分(fèn)析處理(lǐ)💋流量信(xin)号.自适(shì)應濾波(bō)方法采(cǎi)用十抽(chōu)一濾波(bo)器和高(gao)低通濾(lǜ)波器.自(zi)❗适應陷(xian)波針對(dui)不同頻(pin)率的信(xìn)🌍号建立(lì)㊙️不同參(can)數的模(mo)型,在非(fei)整周期(qī)❗采樣、諧(xié)波和噪(zao)聲千擾(rao)情況下(xià)頻率測(cè)量都能(néng)達到較(jiao)🌍好的精(jīng)度☀️,其不(bu)足之處(chu)💘是采樣(yang)點數⭕多(duō),計算時(shi)間長,實(shi)時性差(cha).如果流(liu)量信号(hào)發生突(tu)變,而采(cai)樣頻率(lü)沒有及(ji)時跟蹤(zong),會造成(chéng)👄較大的(de)測量誤(wu)差.由漩(xuan)渦發生(shēng)體、熱線(xiàn)探針、前(qian)置處理(lǐ)電路和(hé)APPLE微機構(gou)成測量(liang)系🔞統🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,驗(yàn)證了譜(pu)分析方(fang)法用于(yu)渦街流(liú)量計信(xìn)号處理(lǐ)的可行(hang)性,但是(shì),這種方(fang)法對諧(xié)波幹擾(rao)的抑制(zhì)能力較(jiao)差.
2.3熵譜(pǔ)法信号(hao)處理方(fang)法
　　對周(zhōu)期圖譜(pǔ)分析和(he)基于Burg的(de)現代譜(pu)分析方(fang)法一最(zuì)大💔熵譜(pǔ)法,用🔴于(yú)渦街流(liú)量計的(de)信号處(chù)理進行(hang)了研究(jiū),發現周(zhou)期圖譜(pu)分析方(fāng)👉法對長(zhǎng)序列的(de)計算精(jing)度高,對(dui)諧波的(de)抑制能(néng)力強,處(chù)理非過(guo)零采樣(yang)的數據(ju)時,計算(suàn)精度不(bu)受影響(xiang),基于Burg算(suan)法的譜(pǔ)分析方(fang)法,先建(jian)立自回(hui)歸模型(xíng),再計算(suan)功率譜(pu)'51.采用Burg算(suàn)法,以正(zheng)反向線(xiàn)性預測(cè)🏃‍♀️誤♈差能(neng)量的平(ping)方和最(zui)小爲準(zhǔn)則,來估(gu)🐇計自回(huí)歸模型(xing)的⚽系數(shù),特别易(yi)于短序(xù)列的譜(pu)分析,分(fen)辨率較(jiào)高.進行(háng)仿‼️真後(hòu),發現Burg算(suàn)法抑制(zhì)随機噪(zào)聲🌍能力(lì)強,但抑(yì)制确定(ding)性噪聲(sheng),如渦街(jiē)産生的(de)低頻擺(bǎi)🔞動噪聲(sheng)的能力(li)比周期(qi)圖法差(chà).
2.4DSP軟硬件(jian)結合信(xìn)号處理(li)方法
　　采(cai)用DSP芯片(pian)将周期(qī)圖譜分(fèn)析法和(hé)數字信(xin)号處理(li)器應用(yong)于渦街(jie)流量計(ji)的信号(hao)處理,研(yan)制了硬(yìng)、軟件系(xì)統計算(suan)流量信(xìn)❌号的頻(pin)率,取得(de)了不錯(cuò)的效果(guo).但是,采(cǎi)用DSP芯片(pian),首先是(shi)價格🏃🏻較(jiào)高,其次(cì)在市電(diàn)供給困(kùn)難的場(chǎng)合,如野(yě)外、井下(xia)🔞、長期無(wú)人值守(shou)的環境(jìng)下,就不(bú)💰能采用(yòng)DSP芯片作(zuo)爲處理(lǐ)器了,因(yīn)爲現有(yǒu)的DSP芯片(piàn)功耗至(zhi)少有幾(jǐ)十毫安(an).基于FFT的(de)經典譜(pǔ)分析方(fang)法,直👉接(jiē)用傅立(li)葉變💰換(huàn)對有限(xian)時間序(xu)列計算(suàn)功率譜(pǔ)，求取信(xìn)号頻率(lü).該方法(fǎ)能有效(xiao)抑制諧(xié)波幹擾(rǎo)🍉,但在非(fei)整周期(qī)采樣時(shi),有較大(dà)的洩漏(lou)誤差,必(bi)須利用(yòng)頻譜校(xiao)正方法(fa)來提高(gao)測量精(jīng)度.
2.5小波(bo)變換信(xin)号處理(li)方法
　　小(xiǎo)波變換(huàn)可以作(zuò)爲--組帶(dai)通濾波(bō)器,用來(lai)對渦街(jie)傳感器(qì)信号進(jin)行濾波(bō),去除噪(zào)聲,以便(bian)正确提(ti)取頻率(lǜ)信息.利(li)用🐇小波(bō)🔴變換的(de)低通和(he)帶通濾(lǜ)波特性(xing),可以把(bǎ)原始信(xìn)号中🛀🏻的(de)不同🚶頻(pín)率的信(xìn)号成分(fen)分離出(chu)來16].小波(bo)變換可(kě)看成是(shi)--組帶通(tong)濾波器(qì),具有🐅低(dī)頻處分(fèn)💰辨率高(gao)、高頻處(chu)分辨率(lü)低📐的特(te)點,但功(gong)耗和實(shí)時性需(xu)要進一(yī)步探讨(tǎo).
2.6數字濾(lü)波器信(xin)号處理(lǐ)方法
　　數(shu)字濾波(bō)器的設(shè)計方法(fǎ)很多,最(zui)通用的(de)方法是(shi)利用已(yǐ)🐕經🈲很成(chéng)熟的模(mo)拟濾波(bō)器的設(shè)計方法(fǎ),如Butteworh濾波(bo)器、Chebyshev濾波(bo)器、橢圓(yuán)🈚濾波器(qì)等.采用(yong)Buttenworth濾波、低(dī)通濾波(bō)、中位數(shù)濾波相(xiàng)結合的(de)濾波方(fang)法對原(yuán)始的渦(wō)街信号(hào)進行處(chù)理,該方(fāng)法能滿(mǎn)足低通(tong)濾波要(yào)求,通過(guo)合理選(xuan)擇窗口(kǒu)長度可(kě)以有效(xiào)濾😘除脈(mò)沖噪聲(sheng)(".但是在(zai)實際應(ying)用時,信(xìn)号需要(yào)經過三(san)級濾🤩波(bō),存在計(jì)算量大(dà)、實時性(xing)較差的(de)問題.
3電(dian)容式渦(wo)街流量(liàng)計研制(zhi)的關鍵(jian)技術
　　綜(zōng)合國内(nèi)外研究(jiū)狀況,渦(wo)街流量(liàng)計研究(jiu)的發展(zhǎn)的關鍵(jian)技術主(zhu)🚩要集中(zhong)在以下(xia)方面..
3.1傳(chuan)感器設(shè)計
　　設計(ji)更加傳(chuán)感器.探(tan)頭電容(rong)極闆的(de)基體在(zai)高溫下(xia)成型.增(zēng)強💞抗🌈高(gao)溫特性(xìng),使核心(xin)部件的(de)内部結(jie)構可靠(kao)性更高(gāo)🐕.采用現(xian)代流場(chang)分析技(jì)術.對傳(chuan)感器的(de)具🏃‍♂️體結(jié)構以及(ji)安⚽裝位(wèi)置🍉進一(yī)步改進(jin),增強抗(kang)振性能(neng),可以消(xiao)除各個(ge)方向的(de)振動幹(gan)擾,穩定(dìng)漩渦,使(shi)渦街流(liú)量計在(zai)小流量(liàng)情況下(xià)✂️的抗幹(gan)擾能力(lì)更強,時(shi)域🔞波形(xíng)毛刺更(geng)少,頻城(cheng)波形更(geng)加穩定(dìng).通頻帶(dai)能🐉自動(dong)跟蹤,無(wú)須電位(wei)器或撥(bō)動👈開關(guan)調整頻(pin)帶和靈(ling)敏度♉,無(wú)📐零漂移(yí),量程自(zi)由設定(dìng)，真正實(shi)現現場(chǎng)免調試(shi).
3.2現場總(zong)線設計(ji)
　　采用全(quan)數字化(hua)現場總(zong)線的智(zhì)能渦街(jie)流量計(ji).目前,現(xiàn)場🏃‍♀️總線(xian)📐技✍️術是(shì)智能儀(yí)表的研(yan)究熱點(dian).可以考(kǎo)慮實際(ji)需求,增(zeng)加HART總線(xiàn)硬件❤️接(jiē)口,該模(mo)塊采用(yong)抗幹擾(rǎo)能力強(qiáng)🤞,通信速(sù)率高,傳(chuán)送數據(jù)精度高(gao)的電路(lù)來完成(chéng)數據傳(chuán)送,它既(jì)有RS.485總線(xian)通信的(de)抗幹擾(rao)☂️能力強(qiáng)的⁉️特點(dian),又具有(yǒu)輸出信(xìn)号爲二(er)線制4~20mA的(de)工業标(biao)準,依照(zhao)相應的(de)通訊協(xie)議,完成(chéng)HART協議數(shù)據鏈路(lù)層和應(yīng)用層的(de)軟件設(she)計,實現(xian)HART總線通(tong)信功能(néng).
3.3數字信(xìn)号處理(li)方法的(de)設計
　　應(ying)用更加(jia)數字信(xìn)号處理(lǐ)方法,能(néng)更好地(dì)解決幹(gàn)擾問題(tí),提高流(liú)量測量(liàng)精度,進(jìn)一-步提(tí)高分辨(biàn)率.幹擾(rao)信号與(yu)渦街信(xìn)号在同(tong)一頻段(duàn)的情況(kuàng)已有研(yán)究,當兩(liang)種信号(hào)的頻🎯率(lü)在同一(yi)頻段且(qiě)頻率非(fēi)常靠近(jìn)時,研究(jiu)如何📱分(fèn)辨這兩(liǎng)👈種信号(hào),及如何(hé)消除噪(zào)聲信号(hao)的頻譜(pǔ)對渦街(jie)信号頻(pín)譜的幹(gan)涉等.研(yán)究信号(hào)的分析(xi)方法時(shi),若☂️所☎️選(xuǎn)用幅頻(pin)特性的(de)過渡帶(dài)不夠陡(dǒu),則使得(dé)它分頻(pín)特性不(bú)好,會造(zao)成頻率(lǜ)分辨率(lǜ)不夠高(gāo).同時，靠(kào)近渦街(jiē)頻率的(de)諧波不(bu)易濾幹(gàn)淨,将會(hui)影響測(ce)量精度(dù),因此還(hái)需要研(yan)究函數(shù)的選取(qǔ)、分級,濾(lü)波器的(de)幅頻特(tè)性和✂️中(zhong)心頻🌏率(lǜ)的調整(zheng)采樣頻(pin)率和采(cai)樣點數(shu)如何确(que)定,以及(jí)在軟件(jiàn)編程中(zhong)如何優(you)化算🚶法(fǎ),使計算(suan)量少、内(nei)存占用(yong)量少和(he)運算誤(wu)差小,以(yi)保證體(tǐ)積小.實(shi)時性好(hǎo)和計算(suàn)精度高(gāo)等問題(ti).研究強(qiáng)幹擾噪(zao)聲是以(yǐ)建立某(mǒu)種噪聲(sheng)的模闆(pǎn)爲基礎(chǔ),考慮㊙️建(jian)立--種通(tong)用的模(mo)闆,真正(zheng)解決強(qiang)幹擾✔️下(xià)渦街信(xìn)号和噪(zào)聲的判(pan)别、分離(li)及提✊取(qǔ)問題,在(zai)傳感🆚器(qi)條件一(yī)定的情(qing)況下,考(kǎo)慮利用(yòng)信号處(chu)理技術(shù)擴大☎️量(liàng)程比,提(ti)高小流(liú)量測量(liang)精度,全(quán)面.深入(rù)地研究(jiū)流場噪(zao)聲以及(ji)它們對(duì)渦街信(xìn)号影響(xiǎng)等.
4結語(yu)
　　渦街流(liú)量計在(zài)流量測(ce)量中應(yīng)用非常(cháng)廣泛,電(dian)容式渦(wo)街流🎯量(liàng)計具有(yǒu)抗振性(xìng)好、溫度(du)适應能(neng)力強.通(tong)用性好(hao)🛀🏻等特✔️點(dian).通過對(duì)電容式(shi)渦街流(liu)量計測(ce)量原理(lǐ)和系統(tong)組成的(de)理解.信(xìn)号處理(lǐ)方法的(de)比較及(jí)對該流(liu)量計研(yán)制的關(guan)鍵技術(shù)問題的(de)分析,可(ke)以對電(dian)容式渦(wō)街流量(liàng)計有很(hen)清楚的(de)認識,有(you)助于對(duì)渦街流(liú)量計的(de)設計與(yǔ)研究.

本(běn)文 渦輪(lún)流量計(ji) ，江蘇省(sheng)孝感尼(ni)蓝纺织(zhī)制造有(you)限责任(rèn)公司(3G网(wang)站)爲您(nin)提供，轉(zhuǎn)載請注(zhù)明出處(chu)！！