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脉冲输出型数字涡街流量计的研究

邢娟  
【摘要】: 涡街流量计因其介质适应性强,无可动部件,结构简单、使用寿命长等诸多优点,在许多行业得到了广泛的应用。而在低流速下,涡街测量就凸显出了它的不足,涡街信号的信噪比很低,有用信号几乎被噪声淹没。普通的涡街流量计采用模拟信号处理方法,在正常流量范围内,涡街流量信号稳定、测量准确、实时性好;而在小流量下,涡街有用信号微弱、提取困难,导致实际测量下限比较高,量程比小,一般为10:1。 鉴于上述模拟涡街流量计具有的优势以及存在的不足,课题在前人研究成果的基础上,研究并成功地实现了一台实用的脉冲输出型数字涡街流量计。该数字涡街流量计采用了基于DSP和MSP430单片机双CPU的硬件结构,在低流速小流量的情况下,由DSP实现频谱分析算法来计算涡街信号频率,有效地克服了模拟涡街在小流量下测量精度不高甚至不能测量的问题;在正常流量范围内,由单片机对涡街信号前置放大电路输出的方波进行计频,具有常规模拟涡街在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优点。 本文从原理分析、硬件软件设计和实验研究三方面来研究,主要内容包括: 1.设计了脉冲输出型数字涡街流量计的总体方案,尤其是采用了双通道处理的方式,将低流量下数字信号处理的频谱分析功能和正常流量范围内智能涡街的计频功能有机地结合起来,并引入了频率不确定度的概念作为判断涡街有用信号双通道处理方法的依据。 2.成功实现了一台脉冲输出型数字涡街流量计。通过在天津大学过程检测和控制实验室的水流量实验装置上进行的25mm口径和50mm口径实验研究,以及在气体实验装置上进行的100mm和50mm口径实验研究的结果表明,本脉冲输出型数字涡街流量计有效地降低了涡街的流量下限,使量程比显著扩大,量程比达到1:28.5~41.3。 将此数字涡街分别在天津大学水流量实验装置和气体流量实验装置上做了大量的实验,结果表明本脉冲输出型数字涡街流量计具有很低的测量下限,有效地扩大了涡街的量程比,抗干扰能力强,实时性好,具有很高的实用价值。


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