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提升涡街流量计三个核心技术问题应对特殊需求

作者:    时间:2017-07-12 10:55:33

         随着科技的不断发展,不断创新,涡街流量计被测试可以用来测量高温流体流量、测量低雷诺数的流量且具有通信功能,为了满足上述高性能涡街流量计面临的特殊工况的需求,研制面向特殊需要求的涡街流量计。目前,面向特殊需求的涡街流量计主要面临三个关键技术问题:

         (1)采用温度特性非常好的压电晶体材料来制作耐高温涡街流量传感器,可以进行高温流体的测量。但是,压电晶体的压电系数仅为压电陶瓷的几十分之一,并且其阻抗更大。这就导致耐高温涡街流量传感器存在输出信号灵敏度较低、易受干扰的问题。
        (2)为了提高仪表的测量精度和抗干扰能力,将数字信号处理方法应用于涡街流量信号的处理,从含有噪声的信号中提取流量信息。但是,数字信号处理运算
量大,单片机必须全速运行,功耗较大。虽然己有用超低功耗单片机实现数字式两线制涡街流量计的先例,但是,当流量计还需具备HART通信功能时,HART部分的引入增加了功耗。同时,由于电流环上叠加了1200Hz和2200Hz的正弦波HART通信信号,当采用传统的电源设计方案时,变送器消耗电流的波动以及非隔离型DC/DC的作用,会造成电流环上HART通信信号产生畸变。
        (3)根据卡曼涡街的形成原理,只有当被测流体流量所对应的Re在5000以内时,流体才开始处于层流状态,此时无法产生稳定的涡街。因此,理论上涡街流量计最低可以进行Re为5000左右的小流量测量。但在实际应用中,对于Re在5000-20000范围内的小流量测量,Sr会跟随R。而变化,导致涡街流量计的仪表系数也相应地发生改变。此外,由于此时涡街流量传感器的输出信号中,涡街流量信号的幅值很小,很容易被环境中的噪声所淹没,从而无法提取流量信息。因此,常规涡街流量计难以进行Re在5000左右的小流量测量,其量程下限所对应的Re一般在20000左右。
        以上三个关键技术问题无不限制了涡街流量计在一些特殊场合的应用。为了解决这些关键技术问题,我们研制了用于耐高温涡街流量传感器的信号调理电路、数字式两线制HART涡街流量变送器和基于互相关分析测量低雷诺数流量的涡街流量计。
 

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