案例分析渦街流量計

《現(xiàn)代儀器概論》第十講

案例分析：渦街流量計儀器科學(xué)與工程系專業(yè)必修課主講：宋開臣教授kcsong街流量計講座內(nèi)容一.渦街流量計工作原理二.渦街信號的檢測方法三.信號處理及電路設(shè)計四.氣體質(zhì)量流量檢測五.流量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)一.渦街流量計工作原理1、流量計簡介2、卡曼渦街現(xiàn)象3、漩渦發(fā)生體4、渦街流量計的組成1、流量計簡介流量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)封閉管道或明渠有效截面的流體量，又稱瞬時流量。當(dāng)流體量以體積表示時稱為體積流量，單位是m3/s；當(dāng)流體量以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量，單位是kg/s。流過通道內(nèi)流體的總量稱為累計流量，常用體積累計流量m3和質(zhì)量累計流量kg。進(jìn)行流量測量的儀表統(tǒng)稱為流量計。流體是多樣化的，如氣體、液體、混合流體；還有流體的溫度、壓力、流量均有較大的差異，再者測量準(zhǔn)確度要求也各不相同。因此，導(dǎo)致了流量計的多樣性，流量計量也是最復(fù)雜的一種。

1、流量計簡介標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計1、流量計簡介均速管流量計（國外稱Annubar、Torbar、Probar、verabar等）1、流量計簡介V型錐流量計(塔型流量計)1、流量計簡介彎管流量計1、流量計簡介旋翼式流量計1、流量計簡介旋進(jìn)漩渦流量計2、卡曼渦街現(xiàn)象卡曼渦街（卡門渦街）(Karmanvortexstreet)

流體橫向流過柱體時，在柱體背面的兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦，且在脫離后形成旋渦尾流的現(xiàn)象。2、卡曼渦街現(xiàn)象渦街流量計基本原理2、卡曼渦街現(xiàn)象雷諾數(shù)的定義：3、漩渦發(fā)生體漩渦發(fā)生體的形狀單鈍體雙鈍體和多鈍體3、漩渦發(fā)生體三角發(fā)生體的形狀4、渦街流量計組成日本橫河渦街流量計的結(jié)構(gòu)1-表頭組；2-三角柱；3-表體；4-聯(lián)軸；5-壓板；6-探頭；7-密封墊；8-接頭；

9-密封墊圈；10-螺栓；11-銷；12-銘牌；13-圓螺母；14-支架；15-螺栓4、渦街流量計組成渦街流量計的實物圖片二.渦街信號的檢測方法1、渦街信號的特點2、壓電式傳感器1、渦街信號的特點渦街流場的等壓曲線描述1、渦街信號的特點不同雷諾數(shù)下的渦街流場的描述2、壓電式傳感器渦街流量計壓電傳感器外形專利產(chǎn)品---傳感器組件結(jié)構(gòu)特點：采用自減振差動測量原理設(shè)計傳感器置于表體內(nèi)，堅固可靠免沖擊，抗臟污可工作于高溫高壓環(huán)境最高可在350℃，10MPa環(huán)境下工作2、壓電式傳感器2、壓電式傳感器壓電傳感器輸出的信號波形帶有敲擊的傳感器輸出2、壓電式傳感器壓電傳感器輸出信號頻譜三.信號處理及電路設(shè)計1、前置放大電路（電荷放大器）2、濾波電路3、限幅放大電路4、整形電路（施密特觸發(fā)器）5、渦街信號處理實例1、前置放大電路（電荷放大器）電荷放大器Vo=ΔQ/CF1、前置放大電路（電荷放大器）具有高輸入阻抗的電荷放大器2、濾波電路低通濾波電路二階巴特沃斯低通3、限幅放大電路二極管限幅放大電路4、整形電路（施密特觸發(fā)器）施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。4、整形電路（施密特觸發(fā)器）用運(yùn)放構(gòu)成的施密特觸發(fā)器5、渦街信號處理實例日本橫河機(jī)電產(chǎn)品信號處理流程：AD電荷放大器可調(diào)帶通濾波器增益控制譜分析流量補(bǔ)償PGA放大器幅值估計電荷放大器ADPGA放大器PGA放大器AD整形脈沖輸出幅值估計增益控制流量信號綜合分析5、渦街信號處理實例我們的最新產(chǎn)品信號處理流程：其特點是：1、SSP（頻譜信號處理）技術(shù)2、自適應(yīng)噪聲抑制和頻譜自適應(yīng)濾波技術(shù)3、流量信號診斷功能4、智能化、參數(shù)可設(shè)置，適合各種口徑5、水氣兩用6、脈沖、4~20mA電流（Hart協(xié)議兼容）、RS485通訊可同時輸出5、渦街信號處理實例

自適應(yīng)濾波前

自適應(yīng)濾波后

自適應(yīng)濾波技術(shù)（中等流量）5、渦街信號處理實例自適應(yīng)濾波前自適應(yīng)濾波后

自適應(yīng)濾波技術(shù)（小流量）5、渦街信號處理實例無自適應(yīng)噪聲抑制自適應(yīng)噪聲抑制自適應(yīng)噪聲抑制技術(shù)（無流量）四.氣體質(zhì)量流量檢測1、一體化氣體流量計2、溫度和壓力檢測電路3、質(zhì)量流量計算（溫壓補(bǔ)償）1、一體化氣體流量計具有溫度和壓力補(bǔ)償?shù)臍怏w流量計體積流量溫度壓強(qiáng)A/D微處理機(jī)鍵盤顯示通信ROMRAM1、一體化氣體流量計一體化氣體流量計的組成1、一體化氣體流量計具有溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁坑嬙砜驁D單片機(jī)MSP430EEPROM存儲器

3V鋰電池4～20mA用戶設(shè)備（計算機(jī)或儀表等）RS485（或RS232）通訊接口D/A變換器液晶顯示液晶驅(qū)動器A/D轉(zhuǎn)換器前置放大器放大器流量傳感器溫度傳感器

Rt壓力傳感器鍵盤1、一體化氣體流量計具有溫壓補(bǔ)償一體化的流量計溫度測量的方法1：熱敏電阻PT100，電橋放大，A/D轉(zhuǎn)換A/D2、溫度和壓力檢測電路溫度測量的方法2：熱敏電阻PT100，三線制電橋放大2、溫度和壓力檢測電路思考：三線制電橋電路，消除引線電阻影響的原理。溫度測量的方法3：熱敏電阻PT100，四線制電橋放大2、溫度和壓力檢測電路思考：四線制溫度檢測電路，消除引線電阻影響的原理。氣體壓力傳感器：常用擴(kuò)散硅壓力傳感器2、溫度和壓力檢測電路壓力測量的方法：擴(kuò)散硅壓力傳感器，四線或五線制電橋2、溫度和壓力檢測電路液體流量計

體積+溫度補(bǔ)償氣體流量計

體積+溫度補(bǔ)償+壓力補(bǔ)償 例： 蒸汽計量 檢測蒸汽質(zhì)量流量 燃?xì)獗?計量燃?xì)怏w積流量（壓力恒定） 呼吸計 監(jiān)測臨床病人呼吸次數(shù)3、質(zhì)量流量計算（溫壓補(bǔ)償）氣態(tài)方程 M=kxPxV/T

(理想氣體) 實際應(yīng)用時的非線性多項式補(bǔ)償 a3xM3+a2xM2+a1xM+a0

變形： Mx(Mx(Mxa3+a2)+a1)+a0

基本運(yùn)算：乘加（ax+b）

查表法補(bǔ)償 用折線來逼近曲線

建轉(zhuǎn)折點表

3、質(zhì)量流量計算（溫壓補(bǔ)償）五.流量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)1、網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程抄表2、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)介紹3、客戶端數(shù)據(jù)管理1.網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程抄表傳統(tǒng)的煤氣表，水表，電表，都是依靠人力上門抄錄，問題多多為節(jié)省人力，人們設(shè)計出多種遠(yuǎn)程自動抄表的方案，主要的案例有：電話線調(diào)制解調(diào)電力線載波GSM短信GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)無線電臺TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接短信抄表每個單元安裝數(shù)據(jù)集中器，收集電表數(shù)據(jù)利用短信將匯總后的數(shù)據(jù)，通過GSM模塊以短信形式傳送到中心服務(wù)器中心服務(wù)器接GSM短信模塊，收集短信，分解出所需的數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫。短信的問題：易丟失、延遲不確定。1.網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程抄表電臺抄表管道煤氣、水廠，經(jīng)常使用無線電臺進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)傳輸。無線電臺的問題：易受氣候的影響傳輸過程中會丟失、破壞數(shù)據(jù)初始安裝費用高，天線架設(shè)困難1.網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程抄表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)框圖1.網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程抄表GPRS是GeneralPacketRadioService的英文縮寫，中文譯為通用分組無線業(yè)務(wù)，具體來講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的科技，即以分組的“形式”進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。2、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)介紹2、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)介紹GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸原理2、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)介紹GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備2、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)介紹優(yōu)點：傳輸穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)不易丟失。即時傳輸，延時少。缺點：系統(tǒng)依賴運(yùn)營商提供的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量通過web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測為方便訪問web子系統(tǒng)采用MSIIS作為webserver，并采用asp作為編程語言。采用session實現(xiàn)用戶身份認(rèn)證。3、客戶端數(shù)據(jù)管理

監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件由組態(tài)軟件和中心監(jiān)控與服務(wù)軟件兩個體系組成。組態(tài)軟件系統(tǒng)設(shè)置管網(wǎng)地圖、流量計參數(shù)、用戶帳號、告警設(shè)置等初始化信息。系統(tǒng)配置完成后運(yùn)行中心監(jiān)控軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析以及告警處理等。中心監(jiān)控軟件采用三層結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計?？梢栽诒O(jiān)控中心服務(wù)器本機(jī)或局域網(wǎng)中進(jìn)行操作。3、客戶端數(shù)據(jù)管理軟件結(jié)構(gòu)框圖

3、客戶端數(shù)據(jù)管理操作系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用MicrosoftWindowsServer2000SCADA實時數(shù)據(jù)服務(wù)器采用MicrosoftWindowsServer2000操作員站采用Windows2000以上操作系統(tǒng)編程環(huán)境采用BorlandDelph