涡街流量计智能技术的应用与原理 一

涡街流量计是基于涡街信号频率与流速关系的速度式流量计。它具有适用流体种类多(液体、气体、蒸汽及一些两相流体，如饱和蒸汽)，且输出与温度、压力、流体密度、粘度无关，范围度宽，压损低，结构简单牢固，安装维护方便，校验简便(采用一种典型介质校验既可)，仪表价格适中等优点，是一种量大面广类型的产品。传统的涡街流量计采用f／I电路将涡街频率转换为4～20mA模拟电流输出。其信号处理完全通过硬件完成，虽然电路简单，但其可观性、灵活性、智能性、通信性均不能满足现代仪表的要求，特别是其抗外界及流体振动干扰能力弱这一缺陷极大得遏制了其在工业测量领域更广泛的应用。本文基于此研制了智能压电涡街流量计，并在此基础上进行了抗干扰技术研究。

主要研究工作如下：

①通过阅读国内外相关文献，对涡街流量计发展历史、应用特点及其发展现状和趋势，进行了分析和归纳。对其基本原理、检测方法及研究成果进行了详尽的论述。

②研制出一套由传感器、变送器、智能模块和通信模块组成的智能压电涡街流量计。(它具有信号拾取、信号调理、智能控制和总线通信等功能；针对新型智能压电式涡街流量计硬件体系及其应用要求，成功设计了相应的测量、控制及分析软件。该系统具有人机界面友好、工作稳定、测量准确的特点。

③通过使用软件中断和硬件中断相结合等技术，成功解决了单片机中断资源不够的矛盾。f样机的正常工作表明流量计的流量测量、参数设置及仪表显示、HART通讯等功能模块能协调连续地工作，满足流量计的各项设置工作及测量显示等实时性任务。

④提出了流量计计算新方法，解决了对流量进行多种可选工程单位计量的实现问题。保用了IEE754单精度浮点的改良格式运算，不仅符合HART通讯的数据格式要沫，也提高了运算速度和测量精度。研究了影响仪表系数K的几种因素，提出了相应的补偿方法。对流量的计量提供了小流量切除、满流量报警、K系数补偿、温压补偿等智能化功能。

⑤讨论了HART协议基本原理和应用方法，并将其应用到智能涡街流量计的通信功能设计中。给出了具有HART通信功能的智能涡街流量计的相应硬件软件设计结构。

⑥在对单片机测频技术的分析研究基础上，提出了脉冲计频和信号处理测频相结合的新方法，以解决涡街流量计在复杂工况条件下抗干扰的问题。具体分析了各种频谱分析法的测频特点及适用性，仿真研究了对涡街流量信号进行频谱分析的LMS算法，阐述了基于涡街正弦信号的软件数字动态滤波测频方法，并试验验证了软件数字动态滤波测频法的可行性及有效性。与频谱分析法比较，这种方法运算量不大，从而不必使用专门的数字处理芯片即可与其它任务并行运行。

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