渦街流量計智能技術的應用與原理 一

渦街流量計是基于渦街信號頻率與流速關系的速度式流量計。它具有適用流體種類多(液體、氣體、蒸汽及一些兩相流體，如飽和蒸汽)，且輸出與溫度、壓力、流體密度、粘度無關，范圍度寬，壓損低，結構簡單牢固，安裝維護方便，校驗簡便(采用一種典型介質校驗既可)，儀表價格適中等優點，是一種量大面廣類型的產品。傳統的渦街流量計采用f／I電路將渦街頻率轉換為4～20mA模擬電流輸出。其信號處理完全通過硬件完成，雖然電路簡單，但其可觀性、靈活性、智能性、通信性均不能滿足現代儀表的要求，特別是其抗外界及流體振動干擾能力弱這一缺陷極大得遏制了其在工業測量領域更廣泛的應用。本文基于此研制了智能壓電渦街流量計，并在此基礎上進行了抗干擾技術研究。

主要研究工作如下：

①通過閱讀國內外相關文獻，對渦街流量計發展歷史、應用特點及其發展現狀和趨勢，進行了分析和歸納。對其基本原理、檢測方法及研究成果進行了詳盡的論述。

②研制出一套由傳感器、變送器、智能模塊和通信模塊組成的智能壓電渦街流量計。(它具有信號拾取、信號調理、智能控制和總線通信等功能；針對新型智能壓電式渦街流量計硬件體系及其應用要求，成功設計了相應的測量、控制及分析軟件。該系統具有人機界面友好、工作穩定、測量準確的特點。

③通過使用軟件中斷和硬件中斷相結合等技術，成功解決了單片機中斷資源不夠的矛盾。f樣機的正常工作表明流量計的流量測量、參數設置及儀表顯示、HART通訊等功能模塊能協調連續地工作，滿足流量計的各項設置工作及測量顯示等實時性任務。

④提出了流量計計算新方法，解決了對流量進行多種可選工程單位計量的實現問題。保用了IEE754單精度浮點的改良格式運算，不僅符合HART通訊的數據格式要沫，也提高了運算速度和測量精度。研究了影響儀表系數K的幾種因素，提出了相應的補償方法。對流量的計量提供了小流量切除、滿流量報警、K系數補償、溫壓補償等智能化功能。

⑤討論了HART協議基本原理和應用方法，并將其應用到智能渦街流量計的通信功能設計中。給出了具有HART通信功能的智能渦街流量計的相應硬件軟件設計結構。

⑥在對單片機測頻技術的分析研究基礎上，提出了脈沖計頻和信號處理測頻相結合的新方法，以解決渦街流量計在復雜工況條件下抗干擾的問題。具體分析了各種頻譜分析法的測頻特點及適用性，仿真研究了對渦街流量信號進行頻譜分析的LMS算法，闡述了基于渦街正弦信號的軟件數字動態濾波測頻方法，并試驗驗證了軟件數字動態濾波測頻法的可行性及有效性。與頻譜分析法比較，這種方法運算量不大，從而不必使用專門的數字處理芯片即可與其它任務并行運行。

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