斯普仪表涡街流量计之抗振处理分析

涡街流量计之抗振分析处理

随着社会的进步，工业的发展，用户对流量计的使用要求越来越高。由于涡街流量计的适用范围广、可靠性高、维护量小，所以，已经成为了必不可少的流量测量工具。涡街流量计抗干扰能力差，很容易受到现场振动的干扰，现场若有较强振动就会出现计量不准确，下限不够低或上限不够高等问题。而管道振动是无处不在的，并具有多样性。那么如何在振动环境下使涡街流量计能够准确计量成为目前难题。

下面以涡街流量计DN25口径为例进行简单说明：

1.概况描述：       

涡街流量计口径范围是10mm-400mm（满管式）；频率范围大概在0.5Hz-4000Hz，口径越大，频率越低，口径越小，频率越高。DN25口径的流量范围大概在7.5m3/h-75m3/h，假设仪表系数为72000,那么其频率值为150Hz-1500Hz ，量程比为1:10。

2.振动分析：

振动根据场合多种多样，但是主要影响涡街流量计精确度的振动有两种。一种是管道的低频振动，频率不高，大概在200Hz以下，我们称其为低频振动；还有一种是探头的高频自振频率，也就是探头谐振频率，大概在4000-5000Hz。低频振动主要影响涡街下限频率，高频自振频率主要影响涡街上限频率。

3.校验分析：

取一台DN25口径的涡街流量计，安装在标定设备上，我们从100Hz频率（流量5m3/h）开始，逐渐加大风量至2000Hz频率（流量100m3/h）。然后分析管道振动如何影响涡街上、下限。

100Hz-150Hz：频率值稳定，不过易受管道低频振动影响，破坏了流量下限。

150Hz-500Hz：不易受管道振动影响，在一般场合进行使用，问题不大。

500Hz-1000Hz：受管道振动影响很小，可以忽略管道振动，在这一区间，涡街流量计信噪比很高，性能强劲。

1000Hz-1200Hz：探头自振频率影响开始显现，伴随着管道低频振动，信号质量开始变差，流量计还能勉强工作。

1200Hz-1500Hz：探头自振频率强于涡街探头频率，信噪比变得很低，大部分涡街流量计无法正常工作。

1500Hz-2000Hz：探头自振频率完全占据主动，涡街探头频率被淹没，涡街流量计已无法工作。

4.解决方案：

对于下限的管道低频振动，主要是提高探头灵敏度和转换器下限频段的放大倍数，以此来提高信噪比；对于高频自振频率，目前通常是加大高频滤波，使谐振频率尽可能地衰减；还有另一种方法是使探头轻量化，提高谐振频率，其主要做法是对探头进行割窄、割扁、割短的处理以减轻重量。

综上所述，我们会发现这些解决方案是互相矛盾的。为了有好的下限，需提高探头灵敏度，使用长探头；但是为了上限又需要短探头。因此，大部分涡街流量计DN25口径其流量范围只能做到8-60m3/h（量程比1:7.5），不能满足用户的使用需求。而DN15口径、DN20口径的情况，更加不能满足使用需求。

5.技术改进：

说来说去，归根结底是提高信噪比的问题，提高信噪比的方法有很多，例如：采用低噪声器件或降低工作电压，采用自动跟踪涡街频率信号的可变带通滤波器，屏蔽隔离良好布线等等，都是有效措施。随着电子技术发展，市面上也有采用傅氏变换原理、相关性原理等进行设计的诸多涡街流量计转换器，限于其相对复杂性、成本、功耗以及稳定性原因，使用效果并不太理想。

大家都知道，探头采集到的准正弦波信号，经放大器放大后，在波峰、波谷处信噪比最好。若将采集点移至波峰、波谷，那么涡街流量计抗振性能会得到很大的改善。对此，我们对信号进行了相位变换技术处理，使涡街流量计只采集波峰、波谷处的信号，这样就提高了信噪比。在不修正探头尺寸、不软件线性修正情况下，DN25口径能做到在1:10的量程下达到1%的精度，在1:20的量程下达到1.5%的精度；DN15和DN20口径在1:10量程下，达到1%或1.5%的精度；DN300口径下限能测到500m3/h，基本满足了用户的使用要求。

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