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震动环境下涡街流量计如何精准计量
发布时间:20-08-31   
随着社会的进步,工业的发展,用户对流量计的使用要求越来越高。由于涡街流量计的适用范围广、可靠性高、维护量小,所以,已经成为了必不可少的流量测量工具。涡街流量计抗干扰能力差,很容易受到现场振动的干扰,现场若有较强振动就会出现计量不准确,下限不够低或上限不够高等问题。而管道振动是无处不在的,并具有多样性。那么如何在振动环境下使涡街流量计能够准确计量成为目前难题。
 
下面以涡街流量计DN25口径为例进行简单说明:
 
1.概况描述:涡街流量计口径范围是10mm-400mm(满管式);频率范围大概在0.5Hz-4000Hz,口径越大,频率越低,口径越小,频率越高。DN25口径的流量范围大概在7.5m³/h-75m³/h,假设仪表系数为72000,那么其频率值为150Hz-1500Hz ,量程比为1:10。
 
2.振动分析:振动根据场合多种多样,但是主要影响涡街流量计*度的振动有两种。一种是管道的低频振动,频率不高,大概在200Hz以下,我们称其为低频振动;还有一种是探头的高频自振频率,也就是探头谐振频率,大概在4000-5000Hz。低频振动主要影响涡街下限频率,高频自振频率主要影响涡街上限频率。
 
3.校验分析:取一台DN25口径的涡街流量计,安装在标定设备上,我们从100Hz频率(流量5m³/h)开始,逐渐加大风量至2000Hz频率(流量100m³/h)。然后分析管道振动如何影响涡街上、下限。
 
100Hz-150Hz:频率值稳定,不过易受管道低频振动影响,破坏了流量下限。
 
150Hz-500Hz:不易受管道振动影响,在一般场合进行使用,问题不大。
 
500Hz-1000Hz:受管道振动影响很小,可以忽略管道振动,在这一区间,涡街流量计信噪比很高,性能强劲。
 
1000Hz-1200Hz:探头自振频率影响开始显现,伴随着管道低频振动,信号质量开始变差,流量计还能勉强工作。
 
1200Hz-1500Hz:探头自振频率强于涡街探头频率,信噪比变得很低,大部分涡街流量计无法正常工作。
 
1500Hz-2000Hz:探头自振频率完全占据主动,涡街探头频率被淹没,涡街流量计已无法工作。
 
4.解决方案:对于下限的管道低频振动,主要是提高探头灵敏度和转换器下限频段的放大倍数,以此来提高信噪比;对于高频自振频率,目前通常是加大高频滤波,使谐振频率尽可能地衰减;还有另一种方法是使探头轻量化,提高谐振频率,其主要做法是对探头进行割窄、割扁、割短的处理以减轻重量。
 
综上所述,我们会发现这些解决方案是互相矛盾的。为了有好的下限,需提高探头灵敏度,使用长探头;但是为了上限又需要短探头。因此,大部分涡街流量计DN25口径其流量范围只能做到8-60m³/h(量程比1:7.5),不能满足用户的使用需求。而DN15口径、DN20口径的情况,更加不能满足使用需求。
 
5.技术改进:说来说去,归根结底是提高信噪比的问题,提高信噪比的方法有很多,例如:采用低噪声器件或降低工作电压,采用自动跟踪涡街频率信号的可变带通滤波器,屏蔽隔离良好布线等等,都是有效措施。随着电子技术发展,市面上也有采用傅氏变换原理、相关性原理等进行设计的诸多涡街流量计转换器,限于其相对复杂性、成本、功耗以及稳定性原因,使用效果并不太理想。
 
大家都知道,探头采集到的准正弦波信号,经放大器放大后,在波峰、波谷处信噪比好。若将采集点移至波峰、波谷,那么涡街流量计抗振性能会得到很大的改善。对此,我们对信号进行了相位变换技术处理,使涡街流量计只采集波峰、波谷处的信号,这样就提高了信噪比。在不修正探头尺寸情况下,DN25口径能做到在1:10的量程下达到1%的精度,在1:20的量程下达到1.5%的精度;DN15和DN20口径在1:10量程下,达到1%或1.5%的精度;DN300口径下限能测到500m³/h,基本满足了用户的使用要求。

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