高抗干擾的智能化渦街流量計(jì)|廠家價(jià)格|規(guī)格參數(shù)
摘 要:文章將傳統(tǒng)的渦街流量計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種高抗干擾的智能化渦街流量計(jì)。主要論述了流量測(cè)量系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，采用了 TMS320LF2407A 單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集、分析、計(jì)算。
渦街流量計(jì)是一種無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的流量計(jì)，這個(gè)特性使其在使用過(guò)程中增長(zhǎng)使用壽命。渦街流量計(jì)是一種數(shù)字式流量計(jì)，大致可分為以下幾類(lèi)：
（1）圓柱渦街流量計(jì)。圓柱形的漩渦發(fā)生體外部形狀較簡(jiǎn)單，但對(duì)測(cè)量管道內(nèi)流速的精度有影響。這種流量計(jì)具有較高的 St 數(shù)（約 0.20），通過(guò)采取抽吸作用邊界層控制技術(shù)，再加上恒溫電路來(lái)檢測(cè)橫向脈動(dòng)頻率。一般地，圓柱渦街流量計(jì)多采用熱絲檢測(cè)。
（2）矩形柱渦街流量計(jì)。矩形柱渦街流量計(jì)矩形柱體的長(zhǎng)寬比 b/d 對(duì)漩渦強(qiáng)度有明顯的影響，漩渦強(qiáng)度和阻力損失是 b/d 的函數(shù)。當(dāng) b/d=0.67 時(shí)漩渦達(dá)到***強(qiáng)程度，此時(shí)的阻力系數(shù) Cd 也增到一個(gè)極大值，
（3）三角柱渦街流量計(jì)。當(dāng)前采用較多的漩渦發(fā)生體是三角柱形的，其形狀通常由試驗(yàn)確定。它不單或者失去比圓柱更強(qiáng)烈的漩渦，而且它的沿海層撮合點(diǎn)是固定的，即其斯特羅哈數(shù) St 恒定，大約為 St＝0．16。那么 f＝0．16u/d，其中 d 為三角柱的底邊寬度。這是一種具有較好發(fā)展?jié)摿Φ闹危w斷面是等腰三角形切去 3 個(gè)頂角，較大的長(zhǎng)寬比 b/d（長(zhǎng)度為 b，寬度為 d）有利于高流速時(shí)渦街的形成和穩(wěn)定，而較小的 b/d 則漩渦較強(qiáng)，在低 Re 下具有較好的性能。
（4）組合柱型渦街流量計(jì)。為了使漩渦的性能更加穩(wěn)定，漩渦的強(qiáng)度更加可靠，使用多種形狀組合成的柱型。但是由于這種柱型的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，在安裝及制作過(guò)程中產(chǎn)生不必要的麻煩，可利用性較差，一般不被大多數(shù)場(chǎng)所采用。
本文通過(guò)設(shè)計(jì)懸浮差動(dòng)式流量傳感器，主要是能夠讓渦街流量計(jì)可以智能化的對(duì)流速較低、流量較小的場(chǎng)合進(jìn)行測(cè)量，盡量提高有效流量信號(hào)的幅值而降低振動(dòng)干擾噪聲的幅值。
2、傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
2.1、懸浮差動(dòng)式流量傳感器圖：
1 為流量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖 1 結(jié)構(gòu)示意圖
這種結(jié)構(gòu)形式對(duì)于振動(dòng)干擾噪聲有很強(qiáng)的抑制作用，因此利用該結(jié)構(gòu)的渦街流量傳感器（懸浮差動(dòng)式）對(duì)于減弱在旋渦的上升力方向的振動(dòng)性影響是非常有幫助的，同時(shí)對(duì)于在旋渦的上升力方向的平面范圍內(nèi)且與之垂直的振動(dòng)干擾噪聲也有很好的排除作用。由于各種振動(dòng)和脈動(dòng)所引發(fā)的噪聲干擾使壓電陶瓷片的兩側(cè)作用力相同，所以引發(fā)了這兩邊的壓電陶瓷片會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相當(dāng)?shù)碾姾伞?br /> 懸浮差動(dòng)式的結(jié)構(gòu)可以使兩側(cè)的壓電陶瓷片接收到的干擾信號(hào)互相抵消，即有效的除去 3 個(gè)方向的振動(dòng)干擾噪聲。綜上所述，采用懸浮差動(dòng)式渦街流量傳感器可以很好的消除垂直于旋渦上升力方向內(nèi)的二維平面的振動(dòng)干擾，同時(shí)可以抑制位于旋渦上升力方向的振動(dòng)性干擾。
2.2、傳感器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：
文中需要對(duì)安裝傳感器的位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)確保有較好的抑制干擾噪聲的能力，并且使電荷信號(hào)在被旋渦觸發(fā)時(shí)達(dá)到***大。如圖 2 所示，該曲線展現(xiàn)的是測(cè)量發(fā)射信號(hào)的幅度與旋渦發(fā)生體的迎流面和旋渦發(fā)生體之間的距離 D1 間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系。圖中的橫坐標(biāo)表示的是距離 D1，縱坐標(biāo)表示的是差壓信號(hào)，該信號(hào)是被電荷放大器放大后測(cè)得的（流量都為 70 m3/h）。
從實(shí)驗(yàn)關(guān)系圖中可以看出，要想使信號(hào)的幅值能達(dá)到***強(qiáng)，則距離 D1 要取值為 55~70 mm 之間。通過(guò)綜合考慮信號(hào)的幅度強(qiáng)度、信號(hào)的穩(wěn)定性在時(shí)域和頻域及很多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本文中的設(shè)計(jì)方案確定了距離D1 的值為 65 mm，當(dāng)采用此值時(shí)可以保證安裝傳感器的位置能有較好的性能。
圖2距離實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線
3、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
由于要兼顧三路不同的輸入信號(hào):流量信號(hào)、溫度信號(hào)和壓力信號(hào)。由于信號(hào)形式不同所以本系統(tǒng)需要分別處理不同信號(hào)的模擬通道。整個(gè)系統(tǒng)的硬件框圖如圖 3 所示。
圖3智能化流量計(jì)系統(tǒng)框圖
從圖中可以看出，本系統(tǒng)進(jìn)行了 2 次電源的轉(zhuǎn)換：首先為了實(shí)現(xiàn) 24 V 向 5 V 的轉(zhuǎn)換，采用了一片 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)完成工作；其次為了實(shí)現(xiàn) 5 V 向 3.3 V 的轉(zhuǎn)換，選用了 TI 公司的 TPS7233 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。
經(jīng)過(guò)綜合比較選用了 2407A 作為本系統(tǒng)的處理器，它是 DSP 的應(yīng)用芯片之一為 TI 公司設(shè)計(jì)的 2000 系列產(chǎn)品。2000 系列的 DSP 內(nèi)核采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有 8 組總線:1 個(gè)程序總線、3 個(gè)數(shù)據(jù)總線和 4 個(gè)地址總線，將程序空間和數(shù)據(jù)空間分離，獨(dú)立尋址，可以同時(shí)訪問(wèn)程序空間和數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行多級(jí)的流水線操作。
三路不同的模擬通道的目的是使被 A/D 轉(zhuǎn)換器離散量化成數(shù)字信號(hào)的誤差為***小誤差，該信號(hào)要確實(shí)符合數(shù)模轉(zhuǎn)的要求。同時(shí)能夠進(jìn)行電路處理對(duì)從傳感器輸出的比較弱的信號(hào)。
鍵盤(pán)共有四鍵，分別實(shí)現(xiàn):設(shè)定、移位、遞增和確認(rèn)功能，為非編碼鍵盤(pán)設(shè)計(jì)其電路如圖 4 所示。
圖 4 鍵盤(pán)電路
LCD 和時(shí)鐘芯片均是 5 V 供電，本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn) 5V 向 3.3 V 電平的轉(zhuǎn)換，選擇了 16 位的電平轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？紤]到液晶顯示器（LCD）***好可以工作于夜間，并能顯示清晰，可以安裝在任意地方，光線足夠強(qiáng)。因此選擇了一種全屏幕圖形點(diǎn)陣方式的液晶顯示器 HS12864，該液晶顯示器的點(diǎn)陣大小為 64×128，并且內(nèi)部帶有自己的控制器、驅(qū)動(dòng)器和 LED 背光板可以實(shí)現(xiàn)上述功能。
數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模塊是一塊串行芯片，并要能通過(guò)2407A 的 SPI（同步串行接口）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的控制和數(shù)據(jù)發(fā)送，因此選用的是 AD420。
4、結(jié)語(yǔ)：
文中通過(guò)一系列智能化設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)流量計(jì)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，在一定程度上提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度，該流量計(jì)可用于氣體和液體等多種流體介質(zhì)流量測(cè)量，其實(shí)用性和可行性還有待于今后的深入研究。