斯普儀表渦街流量計(jì)之抗振處理的分析

隨著社會的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，用戶對流量計(jì)的使用要求越來越高。由于渦街流量計(jì)的適用范圍廣、可靠性高、維護(hù)量小，所以，已經(jīng)成為了必不可少的流量測量工具。渦街流量計(jì)抗干擾能力差，很容易受到現(xiàn)場振動的干擾，現(xiàn)場若有較強(qiáng)振動就會出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)確，下限不夠低或上限不夠高等問題。而管道振動是無處不在的，并具有多樣性。那么如何在振動環(huán)境下使渦街流量計(jì)能夠準(zhǔn)確計(jì)量成為目前難題。

下面以渦街流量計(jì)DN25口徑為例進(jìn)行簡單說明：

1.概況描述：渦街流量計(jì)口徑范圍是10mm-400mm（滿管式）；頻率范圍大概在0.5Hz-4000Hz，口徑越大，頻率越低，口徑越小，頻率越高；流量范圍大概在7.5m3/h-75 m3/h。

2.振動分析：振動根據(jù)場合多種多樣，但是主要影響渦街流量計(jì)精確度的振動有兩種。一種是管道的低頻振動，頻率不高，大概在200Hz以下，我們稱其為低頻振動；還有一種是探頭的高頻自振頻率，也就是探頭諧振頻率，大概在4000-5000Hz。低頻振動主要影響渦街下限頻率，高頻自振頻率主要影響上渦街限頻率。

3.校驗(yàn)分析：取一臺DN25口徑的渦街流量計(jì)，安裝在標(biāo)定設(shè)備上，我們從100Hz頻率（流量5m3/h）開始，逐漸加大風(fēng)量至2000Hz頻率（流量100m3/h）。然后分析管道振動如何影響渦街上、下限。

100Hz-150Hz：頻率值穩(wěn)定，不過易受管道低頻振動影響，破壞了流量下限。

150Hz-500Hz：不易受管道振動影響，在一般場合進(jìn)行使用，問題不大。

500Hz-1000Hz：受管道振動影響很小，可以忽略管道振動，在這一區(qū)間，渦街流量計(jì)信噪比很高，性能強(qiáng)勁。

1000Hz-1200Hz：探頭自振頻率影響開始顯現(xiàn)，伴隨著管道低頻振動，信號質(zhì)量開始變差，流量計(jì)還能勉強(qiáng)工作。

1200Hz-1500Hz：探頭自振頻率強(qiáng)于渦街探頭頻率，信噪比變得很低，大部分渦街流量計(jì)無法正常工作。

1500Hz-2000Hz：探頭自振頻率完全占據(jù)主動，渦街探頭頻率被淹沒，渦街流量計(jì)已無法工作。

4.解決方案：對于下限的管道低頻振動，主要是提高探頭靈敏度和轉(zhuǎn)換器下限頻段的放大倍數(shù)，以此來提高信噪比；對于高頻自振頻率，目前通常是加大高頻濾波，使諧振頻率盡可能地衰減；還有另一種方法是使探頭輕量化，提高諧振頻率，其主要做法是對探頭進(jìn)行割窄、割扁、割短的處理以減輕重量。

綜上所述，我們會發(fā)現(xiàn)這些解決方案是互相矛盾的。為了有好的下限，需提高探頭靈敏度，使用長探頭；但是為了上限又需要短探頭。因此，大部分渦街流量計(jì)DN25口徑其流量范圍只能做到8-60m3/h（量程比1:7.5），不能滿足用戶的使用需求。而DN15口徑、DN20口徑的情況，更加不能滿足使用需求。

5.技術(shù)改進(jìn)：說來說去，歸根結(jié)底是提高信噪比的問題，提高信噪比的方法有很多，例如：采用低噪聲器件或降低工作電壓，采用自動跟蹤渦街頻率信號的可變帶通濾波器，屏蔽隔離良好布線等等，都是有效措施。隨著電子技術(shù)發(fā)展，市面上也有采用傅氏變換原理、相關(guān)性原理等進(jìn)行設(shè)計(jì)的諸多渦街流量計(jì)轉(zhuǎn)換器，限于其相對復(fù)雜性、成本、功耗以及穩(wěn)定性原因，使用效果并不太理想。

大家都知道，探頭采集到的準(zhǔn)正弦波信號，經(jīng)放大器放大后，在波峰、波谷處信噪比最好。若將采集點(diǎn)移至波峰、波谷，那么渦街流量計(jì)抗振性能會得到很大的改善。對此，我們對信號進(jìn)行了相位變換技術(shù)處理，使渦街流量計(jì)只采集波峰波谷處的信號，這樣就提高了信噪比。在不修正探頭尺寸情況下，DN25口徑能做到在1:10的量程下達(dá)到1%的精度，在1:20的量程下達(dá)到1.5%的精度；DN15和DN20口徑在1:10量程下，達(dá)到1%或1.5%精度；DN300口徑下限能測到500m3/h，基本滿足了用戶的使用要求。

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