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涡街流量计不同流速及流量限制问题的研究

发表时间:2018-05-10
涡街流量计不同流速及流量限制问题的研究,为了解决孔板流量计在测量时存在的诸多问题,涡街流量计应运而生。
涡街流量计的优缺点
涡街流量计在诸多应用方面都优于传统的孔板流量计。比如,孔板流量计1个测量回路静密封点为20个左右。相比而言,涡街流量计的静密封点只有3个,不容易泄漏 ,它不受流体温度、压力还有密度等影响,流量系数长期不变。但是涡街流量计在使用的时候,也存在一些问题。
1)由于涡街流量计的原始信号为频率信号,致使涡街流量计实际为一种数字式仪表。它只要能正常工作,精度一定有保证。但是一旦不能正常工作,产生的测量误差将非常大,甚至连流量的变化趋势都不能指示,彻底不能工作。
2)漩涡升力与流量的平方呈正比、与流体的密度呈正比。因此,流量减小时,涡街信号以2阶关系急剧减弱,而气体的涡街信号远低于液体。在用于气体流量检测时,因低密度、低流速导致涡街信号微弱,极易湮没在干扰之中,流量计无法正确识别出漩涡,致使测量失败。
3)由于涡街流量计传感器必须敏感检测小流量时微小的涡街升力,直接限制了传感器的结构。针对以上一些问题,下面将做部分探讨。
 
基于涡街流量计的原理,流量信号的强度与流量的平方成正比,即流速降低时,涡街信号将以平方关系急剧下降。图2显示流量由零增大时,涡街信号的波形记录。在相同条件之下,1m/s流速的气体产生的漩涡力仅是5m/s流速时的1/25。为保证小流量的检测,必须具备极高的漩涡振动检测灵敏度,将流量信号放大数千倍,由此导致涡街流量计对于蒸汽管道的振动极为敏感,无流量时指示的实际为振动干扰信号,这是涡街流量计在实际应用中最大的问题。涡街流量计的检测部件利用压电晶片来检测漩涡的频率f,由此得到电压信号。此电压信号需要经过放大电路和触发装置,将漩涡频率最终变成仪器所能显示的脉冲信号。此脉冲信号再次送入转换仪表装置换算成可显示的被测流量。其中,放大器的放大倍数A和触发器的门限电压均可以进行调整。当涡街流量计测量低流速、小流量流体的时候,依据上述分析必须提高信噪比,尽量提高输入流量的有效信号,降低机械振动产生的干扰信号的幅值。因此,可以修正阻流体的结构形状,使传感器能更好地接收漩涡的脉动频率,这样可以大幅度提高有效信号的幅值。
 
另一种更实际有效的办法是在漩涡发生体的两端分别安装1对对称的压电晶体,采用差动式的压电传感器感知信号,并利用差动放大电路来放大信号。由于电路中机械振动产生的干扰对2块压电晶体的作用力是一致的,并且流体漩涡在阻流体两侧是交替产生的,所以干扰产生的信号通过差动放大后,机械振动信号因为相同而相互抵消削减,而2块压电晶体相反的流量信号相加后增强。于是,大大降低了机械振动信号的干扰。
 
由于涡街流量计容易与数字电子设备配套使用,所以是一种比较先进、理想的测量仪器。漩涡升力与流量的平方呈正比、与流体的密度呈正比。因此,当小流量、低流速或大流量、高流速的时候,对涡街流量计提出了比较高的要求。针对这个问题,本文相应的探讨。为了使涡街流量计尽可能测量低流速、小流量,必须提高信噪比,采用差动压电传感器和差动放大电路,尽量提高有效流量信号的幅值而降低机械振动干扰信号的幅值。针对高流速、大流量产生漏波现象的问题,采用频谱分析和动态滤波的方法,尽量减少漏波现象。

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