差壓式流量計(jì)和渦街流量計(jì)蒸汽測量的研究

目前，國內(nèi)外對蒸汽流量計(jì)量的關(guān)注點(diǎn)多在雙參數(shù)測量傳感器的研究。研究學(xué)者提出了多種多傳感器組合測量方法，其中使用最廣泛的是差壓式流量計(jì)和渦街流量計(jì)。然而，文丘里管測量范圍小，流體對喉管的沖刷和磨損嚴(yán)重，孔板流量計(jì)壓損大，長時(shí)間使用會(huì)使其精度急速下降。相比之下，均速管流量計(jì)自身結(jié)構(gòu)簡單、壓損小以及長期運(yùn)行穩(wěn)定性好的優(yōu)勢使其廣泛適用于各種介質(zhì)。渦街流量計(jì)是目前國內(nèi)主要流量儀表之一，用于氣體、液體和蒸汽的計(jì)量、檢測和控制。渦街流量計(jì)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用證明了其在穩(wěn)定流體計(jì)量中的可靠性和精確性。

渦街流量計(jì)具有介質(zhì)適應(yīng)性寬、測量精度高、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)，但在濕蒸汽測量方面仍存在抗干擾性能、測量下限以及準(zhǔn)確性等關(guān)鍵性問題。因此，國內(nèi)外很多學(xué)者致力于渦街頻率信號檢測方法和頻率檢測傳感器的研究。宋開臣和黎翱等人分析壓電式渦街流量計(jì)輸出的電荷信號幅值極小，受噪聲影響大，信噪比很低等影響其測量精度的因素。舒張平等人為了擴(kuò)展量程比，研制了測量低雷諾數(shù)流量的渦街流量計(jì)，測量精度達(dá)到1.0級。研究表明壓電式對于管道振動(dòng)十分敏感,不利于降低測量下限，而在一定范圍內(nèi)差壓式的輸出信號幾乎不受管道振動(dòng)干擾的影響。

利用差壓式測量方法檢測渦街頻率信號也越來越成為研究者們研究的熱點(diǎn)話題。Li等人采用差壓傳感器來檢測旋渦發(fā)生體上下游之間的壓力差，在壓力信號中直接測得質(zhì)量流量。此方法的提出對管道振動(dòng)和流體湍流等干擾也具有較好的穩(wěn)定性。Venugopal等通過數(shù)值模擬確定渦街發(fā)生體的形狀，并采用管壁壓差測量法對渦街流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性能研究。差壓式檢測方法工作可靠，介質(zhì)流動(dòng)對引壓系統(tǒng)影響很小，靈敏高，逐漸成為一種改善渦街流量計(jì)測量特性的有效辦法。

渦街流量計(jì)在本質(zhì)上是流體振動(dòng)型流量計(jì),在工業(yè)現(xiàn)場使用時(shí)，管道及各種傳感器振動(dòng)引起的干擾會(huì)降低測量精度。為了提高測量測量精度，國內(nèi)外學(xué)者對渦街頻率信號處理相關(guān)方法展開了大量研究。李慶勇等人設(shè)計(jì)了一種新型移動(dòng)式高精度渦街流量計(jì)，并利用快速傅里葉變換處理低流速下的渦街頻率信號。Jin等采用快速傅里葉變換方法用于時(shí)域變換，分析渦旋相互作用引起的渦旋脫落頻率的來源、原因和衰減。但是，這種方法在更低速時(shí)難以進(jìn)一步提取有用信號,一般用于信號和噪聲重疊部分非常小或者完全分開的情況,因此單純用譜分析來擴(kuò)展渦街流量計(jì)的量程下限存在著很大的局限性。

此外，Shao等對渦街流量計(jì)采集的輸出信號進(jìn)行濾波，并通過概率密度函數(shù)和循環(huán)差分序列，提取波動(dòng)特征信號。Li等提出了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和譜重心校正法的信號處理新算法，對離散液體對渦街信號和計(jì)量的影響進(jìn)行分析，為渦街信號分析提供了一定的參考。姚鳳艷等人采用集總經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和Hilbert譜方法對渦街流量計(jì)尾跡振蕩特征進(jìn)行研究。自適應(yīng)陷波方法在檢測精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間存在矛盾，互相關(guān)方法需要合適的信號點(diǎn)數(shù)和周期才能發(fā)揮較好的效果，這些方法都取得了一定的效果，但是由于自身存在一些限制，需要進(jìn)一步地改進(jìn)和提高才能取得很好的實(shí)際測量效果。Istihat采用小波分析對渦流管產(chǎn)生的渦流信號進(jìn)行測量和分析，得到了壓力、溫度和頻率之間的關(guān)系，具有較好的測量效果。Xie等提出基于小波包分析和多分類支持向量機(jī)的方法分析信號波形特征，可以自動(dòng)、快速地診斷故障。小波分析在故障檢測、渦流信號等方面研究發(fā)展具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義，為渦街特征頻率提取提供了研究基礎(chǔ)。

隨著工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展,人們對濕蒸汽流量測量裝置以及檢測技術(shù)要求愈來愈高?；诰俟芰髁總鞲衅髋c渦街流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢，本文提出了新型均速管渦街一體化流量傳感器，主要介紹了兩種傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及信號采集方式，并通過實(shí)驗(yàn)測試對兩種傳感器的測量特性進(jìn)行研究。該新型流量傳感器能夠同時(shí)具備兩者的壓損小、準(zhǔn)確度高、測量范圍大以及應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低能源損耗具有十分重要的意義。

審核編輯：湯梓紅