介绍
  流量计是一个流量计,用于指示测量流量和所选时间间隔内的流体总量。流量计的种类很多,所使用的测量原理也不同。有机械原理,热学原理,电学原理和光学原理。目前,在选用气体和低粘度液体流量计时,由于孔板流量计具有悠久的历史,各种测试数据齐全。结构简单,没有移动部件,标准化程度高,不需要实现实流校准的优点,并且得到了广泛的应用。
  孔板流量计是差压式流量计。流体流过管体中的节流装置,在节流装置周围产生收缩,并利用压力差来测量流体的流速。孔板流量计的节流装置是一个孔板,即中间有一个圆孔的金属板。结构如图1所示。安装时,孔板垂直放置在管道中,测量孔板前后端的压力差。传感器检测压力差并将其转换为电压,然后与压差计连接以形成孔板流量计。由于孔板流量计通过产生压力损失用于流量检测,因此压力损失很大,通常高达10-20kpa。由于孔板流量计的流量系数与雷诺数有关,因此将其测量范围进行比较狭窄时,量程一般为3:1〜4:1,而在孔板流量计的实际应用中,由于安装复杂,整个压力传递路径容易发生泄漏,冷凝釜和下游压力管位置偏差,孔板同心度精度,垂直度等诸多因素影响实际精度,因此为了解决孔板流量计的测量中的许多问题,产生了涡流流量计。
1、涡街流量计的优缺点
  在很多应用中,涡街流量计都优于传统的孔板流量计。例如,孔板流量计的静态密封点约为20.相反,涡街流量计只有3个静态密封点,不易泄漏。它不受流体温度,压力和密度的影响,流量系数长期不变[1]。但是,当使用涡街流量计时,也存在一些问题。
1)由于涡街流量计的原始信号是频率信号,涡街流量计实际上是一个数字仪表。只要能够正常工作,就必须保证准确性。但是,如果它不能正常工作,则产生的测量误差将非常大。即使流量的趋势不能表明无法完全工作。
2)旋涡升力与流量的平方成正比,与流体的密度成正比。因此,当流量减小时,涡流信号以二阶关系急剧下降,并且气体的涡旋信号比液体低得多。当用于气体流量检测时,由于低密度和低流速涡旋信号较弱,并且容易在干扰中消除。涡街流量计无法正确识别,导致测量失败。
3)由于涡街流量计传感器必须在低流速下灵敏地检测小涡街,传感器的结构直接受到限制。对于上面的一些问题,下面将会部分讨论。
2、涡街流量计的工作原理和结构
2.1、涡街流量计的工作原理
  涡街现象往往可以在日常生活中看到。例如,由于旗杆产生的涡街,风中的旗帜发生振荡。风越大,旗子摆动越快 - 摆动与风速成正比。还有桥墩,烟囱和高楼,需要考虑涡街的破坏力。
  涡街流量计是指日常生活中涡街现象的原理,在管道中插入适当尺寸和形状的圆筒(即涡街发生器)。当流体流动时,在涡流发生体的两侧产生交替布置的旋涡。这个旋涡是称为Karmen涡旋。涡旋频率与流量成正比。可以使用以下公式:
 
 
 
在等式(1)中:f是漩涡的频率; v是流过涡街体的流体的平均流速; d为涡街体流动面的宽度; St是斯特劳哈尔数,值的范围是0.14至0.27。测量时,通常假定St = 0.2。因此,通过测量涡流的频率,可以计算流过涡流发生器的流体的平均速度v。
 
 
流量q可以找到。其中,A是流体流经涡流发生器的横截面积。
2.2、涡街流量计的结构
  涡街流量计的基本结构是大部分传感器和转换器2。传感器包括涡流发生器,探测器等。转换器包括放大器电路,滤波器整形电路和D / A转换器电路;涡街发电机有圆柱形,T形,四边形和三角形柱。目前使用较多,最好的反馈是三角柱式涡街。检测元件包括压电晶片,热敏电阻,超声波和应变仪差分电容器。转换器部分基本上是智能的。处理器芯片已安装。涡流可直接安装在管道上,互换性强,体积小,运行精度长,适用于大多数液体,蒸汽和气体的测量。 3低流量,低流量测量的局限性。
  根据涡街流量计的原理,流量信号的强度与流量的平方成正比,即当流量减小时,涡街信号将以平方关系急剧下降。图2显示了当流量从零增加时的涡街信号波形记录。在相同的条件下,流量为1m / s的气体所产生的旋流力仅为5m / s流量时的1/25。为了确保小流量的检测,需要具有非常高的涡流振动检测灵敏度,并且流量信号被放大1000倍。这导致涡流流量计对蒸汽的振动非常敏感当没有流量是振动干扰信号时,实际指示管道。这是涡街流量计在实际应用中最大的问题。
 
 
涡流信号特征(流量从零增加)
  涡流流量计的检测单元使用压电晶片来检测涡流的频率f,从而获得电压信号。该电压信号需要通过放大电路和触发装置,最终将涡旋频率改变为仪器可以显示的脉冲信号。该脉冲信号再次被发送到转换计量装置并转换成可显示的测量流量。其中,可以调节放大器的放大系数A和触发器的阈值电压。如图3所示。
 
 
在图3中,输入信号电压为E,噪声信号转换为电压输入端为V,阈值电压U通过放大器输出,u,放大器放大率为A.由于u = AU,改变A或U是相同的[2]。
如图4所示。为了使触发器的输出信号成为有效信号,触发器输入的有效信号u必须比噪声信号大得多。因此,涡街流量计正常运行的必要条件是:E> u> V。
 
 
差分放大示意图
  当涡街流量计测量低流量,低流量流体时,必须根据上述分析增加信噪比,并且应尽可能增加输入流量的有效信号以减小振幅由机械振动产生的干涉信号。因此,可以对钝体的结构形状进行校正,使得传感器可以更好地接收涡流的脉动频率,这可以大大增加有效信号的幅度[3]。另一种更实际有效的方法是在涡流发生器的两端安装一对对称压电晶体,并使用差分压电传感器来检测信号,并使用差分放大器电路来放大信号,如图4所示。如图所示。由于电路中机械振动造成的干扰两个压电晶体的力是相同的,并且在钝体两侧交替地产生流体旋涡。因此,在由干涉产生的信号通过差分放大被放大之后,机械振动信号抵消并由于相同而抵消,并且两个压力减小。加入后晶体管的相反的流量信号增加。结果,机械振动信号的干扰大大降低。
3、大流量,高流量测量的局限性
  一般认为,管道中的蒸汽流量不会超过60m / s。选择流量计时,60m / s的范围就足够了。当使用在线实时频谱分析时,发现具有≥80及以下的管线通常高于80m / s的高流率,其中近一半具有超过100m / s的高流速,秒,甚至更高,流速可达180米/秒。当普通涡街流量计的流速过高时,由于泄漏波现象严重而难以估算误差,因此很难判断超高流速的大小。如图5所示,泄漏现象导致流量减小44.3%。对于这种现象,频谱分析+动态滤波用于改善信号波动并消除“泄漏”现象。
 
 
 
  信号可以从时域或频域进行分析。时间该域的信号图像是具有时间轴的横轴;频域中的信号图像是具有频率值的横轴。信号的时域分析主要集中在信号的视觉印象上,如信号周期,信号在某个时间点的幅度等。信号的频域分析基于傅立叶变换,将X(t)变换为X(f)[4]。具体的转换方法在此不再赘述。信号的频谱图显示了不同频率下信号分量的大小,与时域图像相比提供了一个更加特定和更丰富的频域图像。在PicoScope示波器中,您可以使用其频谱分析功能观察信号的频谱。
  信号滤波通常是信号处理中常用的一种方法。信号的滤波主要是为了获得自己想要的信号,并过滤出不符合实验要求的信号。通常有低通,高通,带通和带阻方法。在实际应用中,滤波电路通常设计用于滤波电路。在测试测量中,通常需要滤除信号中的混乱。尽可能消除影响因素。直接进行传感器原始信号的实时频谱分析,以获得超高流速时的流量值。如图6所示。
 
 
4、结束语
  由于街道漩涡该流量计易于与数字电子设备配合使用,因此它是一种更先进和理想的测量仪器。涡旋升力与流量的平方成正比,并且与流体的密度成比例。因此,在小流量,低流量或高流量,高流量时,涡街流量计提出了更高的要求。针对这个问题,本文进行了相应的讨论。为了使涡街流量计尽可能地测量低流量和小流量,必须提高信噪比。差分压电传感器和差分放大器电路用于增加有效流量信号的幅度并减小机械振动干扰信号的幅度。 。针对高速和大流量泄漏波的问题,使用频谱分析和动态滤波来最小化泄漏。图7显示了未经处理的流量计输出的传感器信号和放大器输出信号。图7(a)的上半部分是传感器输出的原始信号,下半部分是放大器的输出信号;图7(b)是展开图。图8显示了处理后流量计输出的传感器信号和放大器输出信号。图8(a)的上半部分是传感器输出的原始信号,下半部分是放大器的输出信号;图8(b)是展开图。
 
 
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