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

本(ben)文 渦輪(lun)流量計(jì) ，江蘇省(shěng)孝感尼(ni)蓝纺织(zhī)制造有(you)限责任(rèn)公司(4G网(wǎng)站)爲您(nín)提供，轉(zhuan)載請注(zhu)明出處(chu)！！