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        介紹
          流量計是一個流量計,用于指示測量流量和所選時間間隔內的流體總量。流量計的種類很多,所使用的測量原理也不同。有機械原理,熱學原理,電學原理和光學原理。目前,在選用氣體和低粘度液體流量計時,由于孔板流量計具有悠久的歷史,各種測試數據齊全。結構簡單,沒有移動部件,標準化程度高,不需要實現實流校準的優點,并且得到了廣泛的應用。
          孔板流量計是差壓式流量計。流體流過管體中的節流裝置,在節流裝置周圍產生收縮,并利用壓力差來測量流體的流速??装辶髁坑嫷墓澚餮b置是一個孔板,即中間有一個圓孔的金屬板。結構如圖1所示。安裝時,孔板垂直放置在管道中,測量孔板前后端的壓力差。傳感器檢測壓力差并將其轉換為電壓,然后與壓差計連接以形成孔板流量計。由于孔板流量計通過產生壓力損失用于流量檢測,因此壓力損失很大,通常高達10-20kpa。由于孔板流量計的流量系數與雷諾數有關,因此將其測量范圍進行比較狹窄時,量程一般為3:1?4:1,而在孔板流量計的實際應用中,由于安裝復雜,整個壓力傳遞路徑容易發生泄漏,冷凝釜和下游壓力管位置偏差,孔板同心度精度,垂直度等諸多因素影響實際精度,因此為了解決孔板流量計的測量中的許多問題,產生了渦流流量計。
        1、渦街流量計的優缺點
          在很多應用中,渦街流量計都優于傳統的孔板流量計。例如,孔板流量計的靜態密封點約為20.相反,渦街流量計只有3個靜態密封點,不易泄漏。它不受流體溫度,壓力和密度的影響,流量系數長期不變[1]。但是,當使用渦街流量計時,也存在一些問題。
        1)由于渦街流量計的原始信號是頻率信號,渦街流量計實際上是一個數字儀表。只要能夠正常工作,就必須保證準確性。但是,如果它不能正常工作,則產生的測量誤差將非常大。即使流量的趨勢不能表明無法完全工作。
        2)旋渦升力與流量的平方成正比,與流體的密度成正比。因此,當流量減小時,渦流信號以二階關系急劇下降,并且氣體的渦旋信號比液體低得多。當用于氣體流量檢測時,由于低密度和低流速渦旋信號較弱,并且容易在干擾中消除。渦街流量計無法正確識別,導致測量失敗。
        3)由于渦街流量計傳感器必須在低流速下靈敏地檢測小渦街,傳感器的結構直接受到限制。對于上面的一些問題,下面將會部分討論。
        2、渦街流量計的工作原理和結構
        2.1、渦街流量計的工作原理
          渦街現象往往可以在日常生活中看到。例如,由于旗桿產生的渦街,風中的旗幟發生振蕩。風越大,旗子擺動越快 - 擺動與風速成正比。還有橋墩,煙囪和高樓,需要考慮渦街的破壞力。
          渦街流量計是指日常生活中渦街現象的原理,在管道中插入適當尺寸和形狀的圓筒(即渦街發生器)。當流體流動時,在渦流發生體的兩側產生交替布置的旋渦。這個旋渦是稱為Karmen渦旋。渦旋頻率與流量成正比??梢允褂靡韵鹿剑?/div>
         
         
         
        在等式(1)中:f是漩渦的頻率; v是流過渦街體的流體的平均流速; d為渦街體流動面的寬度; St是斯特勞哈爾數,值的范圍是0.14至0.27。測量時,通常假定St = 0.2。因此,通過測量渦流的頻率,可以計算流過渦流發生器的流體的平均速度v。
         
         
        流量q可以找到。其中,A是流體流經渦流發生器的橫截面積。
        2.2、渦街流量計的結構
          渦街流量計的基本結構是大部分傳感器和轉換器2。傳感器包括渦流發生器,探測器等。轉換器包括放大器電路,濾波器整形電路和D / A轉換器電路;渦街發電機有圓柱形,T形,四邊形和三角形柱。目前使用較多,最好的反饋是三角柱式渦街。檢測元件包括壓電晶片,熱敏電阻,超聲波和應變儀差分電容器。轉換器部分基本上是智能的。處理器芯片已安裝。渦流可直接安裝在管道上,互換性強,體積小,運行精度長,適用于大多數液體,蒸汽和氣體的測量。 3低流量,低流量測量的局限性。
          根據渦街流量計的原理,流量信號的強度與流量的平方成正比,即當流量減小時,渦街信號將以平方關系急劇下降。圖2顯示了當流量從零增加時的渦街信號波形記錄。在相同的條件下,流量為1m / s的氣體所產生的旋流力僅為5m / s流量時的1/25。為了確保小流量的檢測,需要具有非常高的渦流振動檢測靈敏度,并且流量信號被放大1000倍。這導致渦流流量計對蒸汽的振動非常敏感當沒有流量是振動干擾信號時,實際指示管道。這是渦街流量計在實際應用中最大的問題。
         
         
        渦流信號特征(流量從零增加)
          渦流流量計的檢測單元使用壓電晶片來檢測渦流的頻率f,從而獲得電壓信號。該電壓信號需要通過放大電路和觸發裝置,最終將渦旋頻率改變為儀器可以顯示的脈沖信號。該脈沖信號再次被發送到轉換計量裝置并轉換成可顯示的測量流量。其中,可以調節放大器的放大系數A和觸發器的閾值電壓。如圖3所示。
         
         
        在圖3中,輸入信號電壓為E,噪聲信號轉換為電壓輸入端為V,閾值電壓U通過放大器輸出,u,放大器放大率為A.由于u = AU,改變A或U是相同的[2]。
        如圖4所示。為了使觸發器的輸出信號成為有效信號,觸發器輸入的有效信號u必須比噪聲信號大得多。因此,渦街流量計正常運行的必要條件是:E> u> V。
         
         
        差分放大示意圖
          當渦街流量計測量低流量,低流量流體時,必須根據上述分析增加信噪比,并且應盡可能增加輸入流量的有效信號以減小振幅由機械振動產生的干涉信號。因此,可以對鈍體的結構形狀進行校正,使得傳感器可以更好地接收渦流的脈動頻率,這可以大大增加有效信號的幅度[3]。另一種更實際有效的方法是在渦流發生器的兩端安裝一對對稱壓電晶體,并使用差分壓電傳感器來檢測信號,并使用差分放大器電路來放大信號,如圖4所示。如圖所示。由于電路中機械振動造成的干擾兩個壓電晶體的力是相同的,并且在鈍體兩側交替地產生流體旋渦。因此,在由干涉產生的信號通過差分放大被放大之后,機械振動信號抵消并由于相同而抵消,并且兩個壓力減小。加入后晶體管的相反的流量信號增加。結果,機械振動信號的干擾大大降低。
        3、大流量,高流量測量的局限性
          一般認為,管道中的蒸汽流量不會超過60m / s。選擇流量計時,60m / s的范圍就足夠了。當使用在線實時頻譜分析時,發現具有≥80及以下的管線通常高于80m / s的高流率,其中近一半具有超過100m / s的高流速,秒,甚至更高,流速可達180米/秒。當普通渦街流量計的流速過高時,由于泄漏波現象嚴重而難以估算誤差,因此很難判斷超高流速的大小。如圖5所示,泄漏現象導致流量減小44.3%。對于這種現象,頻譜分析+動態濾波用于改善信號波動并消除“泄漏”現象。
         
         
         
          信號可以從時域或頻域進行分析。時間該域的信號圖像是具有時間軸的橫軸;頻域中的信號圖像是具有頻率值的橫軸。信號的時域分析主要集中在信號的視覺印象上,如信號周期,信號在某個時間點的幅度等。信號的頻域分析基于傅立葉變換,將X(t)變換為X(f)[4]。具體的轉換方法在此不再贅述。信號的頻譜圖顯示了不同頻率下信號分量的大小,與時域圖像相比提供了一個更加特定和更豐富的頻域圖像。在PicoScope示波器中,您可以使用其頻譜分析功能觀察信號的頻譜。
          信號濾波通常是信號處理中常用的一種方法。信號的濾波主要是為了獲得自己想要的信號,并過濾出不符合實驗要求的信號。通常有低通,高通,帶通和帶阻方法。在實際應用中,濾波電路通常設計用于濾波電路。在測試測量中,通常需要濾除信號中的混亂。盡可能消除影響因素。直接進行傳感器原始信號的實時頻譜分析,以獲得超高流速時的流量值。如圖6所示。
         
         
        4、結束語
          由于街道漩渦該流量計易于與數字電子設備配合使用,因此它是一種更先進和理想的測量儀器。渦旋升力與流量的平方成正比,并且與流體的密度成比例。因此,在小流量,低流量或高流量,高流量時,渦街流量計提出了更高的要求。針對這個問題,本文進行了相應的討論。為了使渦街流量計盡可能地測量低流量和小流量,必須提高信噪比。差分壓電傳感器和差分放大器電路用于增加有效流量信號的幅度并減小機械振動干擾信號的幅度。 。針對高速和大流量泄漏波的問題,使用頻譜分析和動態濾波來最小化泄漏。圖7顯示了未經處理的流量計輸出的傳感器信號和放大器輸出信號。圖7(a)的上半部分是傳感器輸出的原始信號,下半部分是放大器的輸出信號;圖7(b)是展開圖。圖8顯示了處理后流量計輸出的傳感器信號和放大器輸出信號。圖8(a)的上半部分是傳感器輸出的原始信號,下半部分是放大器的輸出信號;圖8(b)是展開圖。
         
         
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