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电容式永利皇宫8858cc下载测量方法研究
发布时间:2022-1-3 08:36:44

摘要:比较了永利皇宫8858cc下载的测量方法,选用了具有灵敏度高、耐热性强抗震性强等优点的电容式永利皇宫8858cc下载,介绍了其测量原理与系统组成.通过科学的理论推导,获得涡街力、偏转角与电容的关系,并将电容式涡街流量测量信号处理方法进行分析和比较.最后阐述了电容式永利皇宫8858cc下载研制的技术关键.
  永利皇宫8858cc下载具有精度高、量程比较宽、线性度较好且适用各种介质等一系列的优点,在计量检测中发挥越来越大的作用,有着广泛的应用前景,因此对永利皇宫8858cc下载的研究具有重要的意义.
  涡街流量传感器按检测方式主要有热敏式、应力式、电容式等.热敏式涡街传感器灵敏度高,适宜低温、低密度的气体测量,但易受流体中污物的影响或损坏.应力式涡街传感器具有响应快、信号强、工艺性好、制造成本低等优点,但抗震性相对较差,信噪比较低,,在低密度、低流速环境振动大的场合不宜使用电容式永利皇宫8858cc下载与其他永利皇宫8858cc下载相比,具有灵敏度高、耐热性强、抗震性强等优点,因而在工业企业中得到了广泛的应用.
1电容式涡街流量测量原理与系统组成
  永利皇宫8858cc下载是利用流体振荡原理来测量流量或流速.在流体中放置一个具有均匀断面形状的挡体,在挡体的两侧会交替产生一种有规律的漩涡,并向下游流去,非对称地形成二列漩涡列,即卡门涡街.利用这种漩涡产生的规律,根据漩涡产生的频率ƒ,通过
 
  其中,ʋ表示流体流速;d表示漩涡发生体特征宽度;m表示漩涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比;Q表示体积流量;D表示管道内径;k表示流量计仪表系数.斯特哈尔数为无量纲参数,它与旋涡发生体形状及雷诺数有关,在雷诺数的范围为2x104~7X106时,s;可视为常数,即仪表正常工作范围.
  电容式涡街传感器的检测元件是一-根刚性空心圆杆,当涡街作用在圆杆底部时,刚性圆杆会绕着固定点偏转.圆杆.上部作为电容的-一个极板,,与另外两个电极组成差动电容,差动电容值会随圆杆摆动而改变,其规律为与涡街发生同频率的周期性变化.转换器检测电容的变化,并转换为脉冲信号,该脉冲频率就是涡街的发生频率,与流量大小成正比.转换器最终输出流量大小为4~20mA模拟信号或通过HART现场总线输出数字信号.电容传感器如图1所示,.
 
  涡街力与偏转角的关系是根据转动的物体遵循牛顿转动定律得出,通过必要的理论推导,获得涡街力、偏转角与电容的关系为
 
  其中,T表示物体所受到的力矩;J表示物体转动惯量;θ表示角位移;C表示粘性摩擦系数.
涡街力与流速之间的关系为
 
  其中,F表示涡街产生的交替推力,T=F*R;CL表示无量纲系数;ʋ表示流体的流速;Q表示流体的密度;D表示管道内径;d表示漩涡发生体迎流面宽度.
最后偏转角与电容的关系为
 
  其中,△C表示差动电容;Ɛ表示电容介质系数;b表示极板宽度;δ表示两极板的间距.
  电容式永利皇宫8858cc下载由传感器和转换器两部分组成.传感器包括漩涡发生体(阻流体)检测元件、仪表表体等;转换器包括电荷检测电路、滤波整形电路、微处理器、D/A转换电路、输出接口电路、显示通信电路、端子、支架和防护罩等.
2电容式涡街流量测量计信号处理方法比较
  涡街流量信号由两部分组成:--是由流速产生的正弦涡街信号,1二是干扰引起的噪声信号,因此涡街信号远非理想的正弦波信号,而是一个混有强噪声的混合信号.现在,已经提出了很多种处理涡街信号的方法,用来提取流量信号的频率.
2.1谱分析信号处理方法
  建立噪声模板和信号模板的基础上,用谱分析方法消除永利皇宫8858cc下载中的强噪声是近年来研究热点之一,利用该方法解决强干扰条件下永利皇宫8858cc下载测量问题.首先将频率测量范围分段,在不同频段建立噪声模板,然后用混合信号的功率谱与噪声模板,提取噪声,再利用插值法消除噪声,最后对消除噪声的信号进行频谱分析,计算出频率,利用频谱校正法提高计算精度[31.但是,噪声情况各种各样.不易获得噪声的所有模板.经典谱分析算法对正态分布的白噪声有很好的抑制作用,方法直观,容易编程实现.但在非整周期采样时误差较大,需要进行频谱校正.而现代谱分析方法更适合短序列的谱分析,对噪声抑制能力强,精度高,但建模阶数对功率谱计算的结果有影响,有时还存在谱线分裂现象.
2.2自适应滤波信号处理方法
  采用基于最小均方自适应算法的现代谱分析处理流量信号.自适应滤波方法采用十抽一滤波器和高低通滤波器.自适应陷波针对不同频率的信号建立不同参数的模型,在非整周期采样、谐波和噪声千扰情况下频率测量都能达到较好的精度,其不足之处是采样点数多,计算时间长,实时性差.如果流量信号发生突变,而采样频率没有及时跟踪,会造成较大的测量误差.由漩涡发生体、热线探针、前置处理电路和APPLE微机构成测量系统,验证了谱分析方法用于永利皇宫8858cc下载信号处理的可行性,但是,这种方法对谐波干扰的抑制能力较差.
2.3熵谱法信号处理方法
  对周期图谱分析和基于Burg的现代谱分析方法一最大熵谱法,用于永利皇宫8858cc下载的信号处理进行了研究,发现周期图谱分析方法对长序列的计算精度高,对谐波的抑制能力强,处理非过零采样的数据时,计算精度不受影响,基于Burg算法的谱分析方法,先建立自回归模型,再计算功率谱'51.采用Burg算法,以正反向线性预测误差能量的平方和最小为准则,来估计自回归模型的系数,特别易于短序列的谱分析,分辨率较高.进行仿真后,发现Burg算法抑制随机噪声能力强,但抑制确定性噪声,如涡街产生的低频摆动噪声的能力比周期图法差.
2.4DSP软硬件结合信号处理方法
  采用DSP芯片将周期图谱分析法和数字信号处理器应用于永利皇宫8858cc下载的信号处理,研制了硬、软件系统计算流量信号的频率,取得了不错的效果.但是,采用DSP芯片,首先是价格较高,其次在市电供给困难的场合,如野外、井下、长期无人值守的环境下,就不能采用DSP芯片作为处理器了,因为现有的DSP芯片功耗至少有几十毫安.基于FFT的经典谱分析方法,直接用傅立叶变换对有限时间序列计算功率谱,求取信号频率.该方法能有效抑制谐波干扰,但在非整周期采样时,有较大的泄漏误差,必须利用频谱校正方法来提高测量精度.
2.5小波变换信号处理方法
  小波变换可以作为--组带通滤波器,用来对涡街传感器信号进行滤波,去除噪声,以便准确提取频率信息.利用小波变换的低通和带通滤波特性,可以把原始信号中的不同频率的信号成分分离出来16].小波变换可看成是--组带通滤波器,具有低频处分辨率高、高频处分辨率低的特点,但功耗和实时性需要进一步探讨.
2.6数字滤波器信号处理方法
  数字滤波器的设计方法很多,最通用的方法是利用已经很成熟的模拟滤波器的设计方法,如Butteworh滤波器、Chebyshev滤波器、椭圆滤波器等.采用Buttenworth滤波、低通滤波、中位数滤波相结合的滤波方法对原始的涡街信号进行处理,该方法能满足低通滤波要求,通过合理选择窗口长度可以有效滤除脉冲噪声(".但是在实际应用时,信号需要经过三级滤波,存在计算量大、实时性较差的问题.
3电容式永利皇宫8858cc下载研制的关键技术
  综合国内外研究状况,永利皇宫8858cc下载研究的发展的关键技术主要集中在以下方面..
3.1先进的传感器设计
  设计更加先进的传感器.探头电容极板的基体在高温下成型.增强抗高温特性,使核心部件的内部结构可靠性更高.采用现代流场分析技术.对传感器的具体结构以及安装位置进一步改进,增强抗振性能,可以消除各个方向的振动干扰,稳定漩涡,使永利皇宫8858cc下载在小流量情况下的抗干扰能力更强,时域波形毛刺更少,频城波形更加稳定.通频带能自动跟踪,无须电位器或拨动开关调整频带和灵敏度,无零漂移,量程自由设定,真正实现现场免调试.
3.2先进的现场总线设计
  采用全数字化现场总线的智能永利皇宫8858cc下载.目前,现场总线技术是智能仪表的研究热点.可以考虑实际需求,增加HART总线硬件接口,该模块采用抗干扰能力强,通信速率高,传送数据精度高的电路来完成数据传送,它既有RS.485总线通信的抗干扰能力强的特点,又具有输出信号为二线制4~20mA的工业标准,依照相应的通讯协议,完成HART协议数据链路层和应用层的软件设计,实现HART总线通信功能.
3.3先进的数字信号处理方法的设计
  应用更加先进的数字信号处理方法,能更好地解决干扰问题,提高流量测量精度,进一-步提高分辨率.干扰信号与涡街信号在同一频段的情况已有研究,当两种信号的频率在同一频段且频率非常靠近时,研究如何分辨这两种信号,及如何消除噪声信号的频谱对涡街信号频谱的干涉等.研究信号的分析方法时,若所选用幅频特性的过渡带不够陡,则使得它分频特性不好,会造成频率分辨率不够高.同时,靠近涡街频率的谐波不易滤干净,将会影响测量精度,因此还需要研究函数的选取、分级,滤波器的幅频特性和中心频率的调整采样频率和采样点数如何确定,以及在软件编程中如何优化算法,使计算量少、内存占用量少和运算误差小,以保证体积小.实时性好和计算精度高等问题.研究强干扰噪声是以建立某种噪声的模板为基础,考虑建立--种通用的模板,真正解决强干扰下涡街信号和噪声的判别、分离及提取问题,在传感器条件一定的情况下,考虑利用信号处理技术扩大量程比,提高小流量测量精度,全面.深入地研究流场噪声以及它们对涡街信号影响等.
4结语
  永利皇宫8858cc下载在流量测量中应用非常广“泛,电容式永利皇宫8858cc下载具有抗振性好、温度适应能力强.通用性好等特点.通过对电容式永利皇宫8858cc下载测量原理和系统组成的理解.信号处理方法的比较及对该流量计研制的关键技术问题的分析,可以对电容式永利皇宫8858cc下载有很清楚的认识,有助于对永利皇宫8858cc下载的设计与研究.

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