渦街流量計旋渦頻率檢測方法，為了解決目前渦街流量計中存在的某些突出問題，使旋渦頻率的檢測更準(zhǔn)確、抗干擾性更強(qiáng)，作者提出通過檢測旋渦發(fā)生體后管壁處的差壓信號的頻率來檢測渦街流量計旋渦頻率的新方法。 基于這一基本思想，本采用理論分析—數(shù)值—實驗驗證相結(jié)合的方法，以基于差壓原理的渦街流量計旋渦頻率檢測方法為主要研究對象，以計算流體力學(xué)軟件FLUENT為輔助研究工具，后通過實驗實現(xiàn)了利用管壁差壓法對渦街流量計旋渦頻率的準(zhǔn)確檢測。主要完成了以下工作：通過大量閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對渦街流量計的發(fā)展歷程、測量原理、組成結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點進(jìn)行了概括，對國內(nèi)外渦街流量計研究的現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了總結(jié)。 評述了渦街流量計旋渦頻率各種常用檢測方法的特點，針對現(xiàn)有方法存在的不足，提出通過檢測尾流中貼近管壁處的差壓周期變化的頻率來檢測旋渦頻率的新方法，即管壁差壓法。并且對該方法的可行性做了理論上的分析，對實現(xiàn)的技術(shù)難點提出了解決方案。 針對渦街流量計內(nèi)旋渦產(chǎn)生和脫落的特點，建立了渦街流量計流場的數(shù)值模型，應(yīng)用FLUENT軟件對渦街流量計流場進(jìn)行了，對流場中的幾個特定點的靜壓波動情況進(jìn)行了監(jiān)測、分析和比較。 在數(shù)值結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用空氣和水兩種不同流動介質(zhì)進(jìn)行了實驗，結(jié)果表明：管壁差壓法能夠準(zhǔn)確檢測渦街流量計旋渦頻率，測量誤差均小于儀表的允許誤差。s———無量綱常數(shù)，稱為Stroual數(shù)，與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。并對管壁差壓取壓孔位置的選取做了比較，發(fā)現(xiàn)管壁差壓取壓孔選取在距旋渦發(fā)生體迎流面較近位置較好。

渦街流量計信號處理方法與系統(tǒng)，渦街流量計由于具有儀表內(nèi)無機(jī)械可動部件、介質(zhì)適應(yīng)性寬、壓力損失小以及輸出頻率脈沖信號等優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用于液體、氣體和蒸汽的測量。但是,它易受管道振動等干擾而無法保證現(xiàn)場測量精度;測量小流量困難。 針對渦街流量計在應(yīng)用中出現(xiàn)的關(guān)鍵性問題,主要研究渦街流量計的數(shù)字信號處理方法。 為了選擇合適的數(shù)字信號處理方法,研究了渦街流量計信號模型。利用概率密度函數(shù)和功率譜密度函數(shù)分析渦街流量計流量信號的特點,建立了定常流量條件下渦街流量計信號的數(shù)學(xué)模型;并進(jìn)一步研究了非定常流量條件下渦街流量計信號的特點,提出了脈動流渦街流量計信號數(shù)學(xué)模型;  研究基于周期圖譜分析的渦街流量計信號處理方法。通過對采樣數(shù)據(jù)做傅立葉變換得到功率譜,計算功率譜的主頻率得到信號的頻率。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。針對非整周期采樣誤差影響頻率計算的精度的問題,研究了頻譜校正方法。

分體式渦街流量計是一種適用于高溫場合測量蒸汽的流量計，可以避免干擾信號對儀表測量的影響。那么它有哪些特點呢？

1、不受溫度、壓力的影響，同時不易堵，不易結(jié)垢，耐高溫，高壓，適用于惡劣環(huán)境。

2、產(chǎn)品無磨損、耐臟污，無須機(jī)械維修，使用壽命長。

3、電流輸出均為電隔離型,具有良好的共模干擾抑制能力。

4、可在很寬的流量范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量氣體、液體和蒸汽的流量而不受流體物理性質(zhì)的影響。

5、同時顯示流量值與累計流量值,不必輪流切換。

6、采用抗振動探頭，有效消除外界振動影響。

7、采用分體式信號轉(zhuǎn)換器，電纜長10米。

8、電路采用表面貼裝工藝，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。

以上幾個就是分體式渦街流量計的主要特點。

渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)

  渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償，通過對渦街流量計的儀表常數(shù)隨著流速的變化而略有起伏這個規(guī)律的觀察與總結(jié),建立數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)這個數(shù)學(xué)模型,可以在不同的流速段對儀表常數(shù)做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,可以提高渦街流量計的計算精度，該方案通過單片機(jī)809C51實現(xiàn)。隨著工業(yè)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，工廠蒸汽買進(jìn)、賣出，裝船裝進(jìn)、裝出，希望采用能測雙向流的流量計，一根導(dǎo)線、一套儀表解決問題。    

　　根據(jù)多年的應(yīng)用經(jīng)驗以及大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)渦街流量計的儀表常數(shù)與流體的流速存在一定的關(guān)系,本文通過尋找渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系,建立了兩者的數(shù)學(xué)模型,在流量計算時對它進(jìn)行補(bǔ)償,提高了計算精度。

　　1.1　渦街流量計的工作原理

　　渦街流量計是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計,即在流動的流體中放置一個非流線型的對稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發(fā)生體),就會在其下流兩側(cè)產(chǎn)生兩列有規(guī)律的漩渦,即卡門渦街其漩渦頻率正比于流體速度:

　　1.2　渦街流量計的特點

　　(1)輸出的信號是與流速成正比的脈沖信號,便于數(shù)據(jù)處理和計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

　　(2)量程范圍寬,精度高。

　　(3)無可動部件,可靠性較高,結(jié)構(gòu)簡單,便于安裝維修。

　　(4)檢測元件與被測介質(zhì)不直接接觸,不受流體的化學(xué)性質(zhì)影響,應(yīng)用范圍寬,壽命長。

　　(5)抗干擾能力強(qiáng),容易進(jìn)行流量計算,不受流體物理性質(zhì)的影響,給儀表的標(biāo)定和使用帶來了方便。

　　2　誤差的產(chǎn)生及補(bǔ)償

　　2.1　非線性誤差的產(chǎn)生

　　由于渦街傳感器所測的并不是平均流速,而是漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。對于湍流狀態(tài),不同的雷諾數(shù)下,流速分布規(guī)律是不同的,即不同的流速下具有不同的流速分布,進(jìn)而說明了渦街流量傳感器檢測到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速,與管道平均流速的關(guān)系不是確定的。這說明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測機(jī)理所決定的。在實際使用時,先繪出傳感器的儀表常數(shù)與流體流速的試驗曲線,據(jù)此得到不同流速段的實際儀表常數(shù)。本文應(yīng)用MCS251單片機(jī)系列的89C51將試驗曲線事先固化于流量計的EPROM中,用戶結(jié)合現(xiàn)場具體工作情況通過鍵盤輸入平均儀表常數(shù)KP的值(KP= (Kmax Kmin) /2),實現(xiàn)了渦街傳感器的非線性修正。上限流速受介質(zhì)可壓縮性質(zhì)的限制,下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制,建議擇渦街流量計正常流量在正常流量范圍的1/2~2/3之間。

　　2.2　儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償

　　我們知道渦街流量計頻率與流量成正比,理論上講,渦街流量計輸出頻率與流速成正比,也就是說儀表常數(shù)恒定。實際上,由于流量計本身的因素導(dǎo)致兩者之間存在一定程度的非線性誤差。鑒此,我們做出了一條儀表常數(shù)與流速的實驗關(guān)系曲線,如圖1所示。圖中各點坐標(biāo)分別為A(Vmin,1.004 9KP),B(15%Vmax,0.997KP),C(30%Vmax,0.992853KP),D(50%Vmax,0.994883KP),E(75%Vmax,KP),F(Vmax,KP)。顯然,以質(zhì)量流量表示的漩渦流量計,必須進(jìn)行時氣體組成變化帶來的密度變化的修正,同時工況變化,又增加一個由工作狀態(tài)折算到設(shè)計狀態(tài)的折算系數(shù)。

　　針對這種誤差規(guī)律,我們采取分段補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行誤差修正。由圖1可以看出,隨著流速的降低,曲線偏離平均值越大,對此我們采用的方法可以達(dá)到兩個目的:

　　(1)無論偏差值多大,只要它有規(guī)律可循,就可補(bǔ)償修正,還可以把流量的下限即Vmin在坐標(biāo)上向左移動,即擴(kuò)大傳感器的量程。

　　(2)根據(jù)精度要求合理劃分區(qū)間,在誤差大的低流速區(qū)間線段取密一些,在誤差小的高流速區(qū)間可適當(dāng)將區(qū)間放寬。

　　為了滿足修正后非線性誤差在0. 3%以下的要求,我們根據(jù)理論分析和曲線規(guī)律,分別在12%Vmax、60%Vmax處增加兩點(見圖2),坐標(biāo)分別為G(12%Vmax,KP),H(60%Vmax,0.998KP)。理由:

　?、賄min/Vmax=8% ~9%;②DE曲線間無拐點且下凹;③AB曲線間無拐點且下凹。這樣,把整個流速范圍分成了六段,如表1。這樣處理后,可修正非線性誤差在0.3%以下。

　　2.3　補(bǔ)償后非線性誤差計算及驗證

　　表2為補(bǔ)償后各段儀表常數(shù)的非線性誤差計算值。

　　下面用某廠生產(chǎn)口徑為Dg80的渦街流量計為例驗證補(bǔ)償效果(產(chǎn)品編號:04150)。表3為原始檢測數(shù)據(jù).

　　2.4　計算流量

　　瞬時流量計算公式:

　　3　系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　3.1　系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能

　　(1)以89C51為核心元件,X25045存儲數(shù)據(jù)。

　　(2)采用82C79單片機(jī),可以同時顯示瞬時流量(4位)以及累積流量(6位 2位冪數(shù)),其顯示單位為體積流量。

　　(3)具有掉電檢測、保護(hù)功能(HT7044監(jiān)測電壓),掉電后數(shù)據(jù)存入X25045中。

　　(4)具有看門狗功能。

　　(5)采用鍵盤輸入,輸入內(nèi)容包括:儀表常數(shù)、瞬時流量上限、瞬時流量下限等。

　　3.2　主要程序模塊

　　(1)主程序。

　　(2)定時器中斷服務(wù)程序。

　　(3)鍵盤中斷處理子程序。

　　(4)掉電處理子程序。

　　(5)25045讀/寫狀態(tài)寄存器子程序。

　　(6)瞬時流量計算程序SSJS。

　　(7)累積流量計算程序LJJS。

　　(8)量程判別子程序CSDS。

　　用單片機(jī)89C51驗證了誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型,并實現(xiàn)了智能渦街流量積算儀的設(shè)計,通過對儀表常數(shù)的修正使系統(tǒng)的精度有很大的提高,可以使渦街流量積算儀達(dá)到0. 5級標(biāo)準(zhǔn)，采用89C51單片機(jī)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性都得到了提高,82C79專用的鍵盤顯示接口芯片,代替單片機(jī)完成鍵盤和顯示器的許多接口操作,X25045可以將數(shù)據(jù)實時存儲起來，系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、可行,具有工程實用價值。渦街流量計容易受到振動的干擾，設(shè)計精良的渦街流量計可以通過硬件和數(shù)字信號處理將干擾排除，從而得到穩(wěn)定的信號。