案例分析：涡街流量计

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1、《现代仪器概论》第十讲案例分析：涡街流量计仪器科学与工程系专业必修课主讲：宋开臣教授kcsong@zju.edu.cn13600513662涡街流量计讲座内容一.涡街流量计工作原理二.涡街信号的检测方法三.信号处理及电路设计四.气体质量流量检测五.流量监测网络一.涡街流量计工作原理1、流量计简介2、卡曼涡街现象3、漩涡发生体4、涡街流量计的组成1、流量计简介流量是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量，又称瞬时流量。当流体量以体积表示时称为体积流量，单位是m3/s；当流体量以质量表示时称为质量

2、流量，单位是kg/s。流过通道内流体的总量称为累计流量，常用体积累计流量m3和质量累计流量kg。进行流量测量的仪表统称为流量计。流体是多样化的，如气体、液体、混合流体；还有流体的温度、压力、流量均有较大的差异，再者测量准确度要求也各不相同。因此，导致了流量计的多样性，流量计量也是最复杂的一种。1、流量计简介标准孔板流量计1、流量计简介均速管流量计（国外称Annubar、Torbar、Probar、verabar等）1、流量计简介V型锥流量计(塔型流量计)1、流量计简介弯管流量计1、流量计简介旋翼式流量

3、计1、流量计简介旋进漩涡流量计2、卡曼涡街现象卡曼涡街（卡门涡街）(Karmanvortexstreet)流体横向流过柱体时，在柱体背面的两侧交替产生旋涡，且在脱离后形成旋涡尾流的现象。2、卡曼涡街现象涡街流量计基本原理2、卡曼涡街现象雷诺数的定义：3、漩涡发生体漩涡发生体的形状单钝体双钝体和多钝体3、漩涡发生体三角发生体的形状4、涡街流量计组成日本横河涡街流量计的结构1-表头组；2-三角柱；3-表体；4-联轴；5-压板；6-探头；7-密封垫；8-接头；9-密封垫圈；10-螺栓；11-销；12-铭牌；

4、13-圆螺母；14-支架；15-螺栓4、涡街流量计组成涡街流量计的实物图片二.涡街信号的检测方法1、涡街信号的特点2、压电式传感器1、涡街信号的特点涡街流场的等压曲线描述1、涡街信号的特点不同雷诺数下的涡街流场的描述2、压电式传感器涡街流量计压电传感器外形专利产品---传感器组件结构特点：采用自减振差动测量原理设计传感器置于表体内，坚固可靠免冲击，抗脏污可工作于高温高压环境最高可在350℃，10MPa环境下工作2、压电式传感器2、压电式传感器压电传感器输出的信号波形带有敲击的传感器输出2、压电式传感器

5、压电传感器输出信号频谱三.信号处理及电路设计1、前置放大电路（电荷放大器）2、滤波电路3、限幅放大电路4、整形电路（施密特触发器）5、涡街信号处理实例1、前置放大电路（电荷放大器）电荷放大器Vo=ΔQ/CF1、前置放大电路（电荷放大器）具有高输入阻抗的电荷放大器2、滤波电路低通滤波电路二阶巴特沃斯低通3、限幅放大电路二极管限幅放大电路4、整形电路（施密特触发器）施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。4、整形电路（施密特触发器）用运放构成的施密特触发器5、涡街信号处

6、理实例日本横河机电产品信号处理流程：AD电荷放大器可调带通滤波器增益控制谱分析流量补偿PGA放大器幅值估计电荷放大器ADPGA放大器PGA放大器AD整形脉冲输出幅值估计增益控制流量信号综合分析5、涡街信号处理实例我们的最新产品信号处理流程：其特点是：1、SSP（频谱信号处理）技术2、自适应噪声抑制和频谱自适应滤波技术3、流量信号诊断功能4、智能化、参数可设置，适合各种口径5、水气两用6、脉冲、4~20mA电流（Hart协议兼容）、RS485通讯可同时输出5、涡街信号处理实例自适应滤波前自适应滤波后自适

7、应滤波技术（中等流量）5、涡街信号处理实例自适应滤波前自适应滤波后自适应滤波技术（小流量）5、涡街信号处理实例无自适应噪声抑制自适应噪声抑制自适应噪声抑制技术（无流量）四.气体质量流量检测1、一体化气体流量计2、温度和压力检测电路3、质量流量计算（温压补偿）1、一体化气体流量计具有温度和压力补偿的气体流量计体积流量温度压强A/D微处理机键盘显示通信ROMRAM1、一体化气体流量计一体化气体流量计的组成1、一体化气体流量计具有温压补偿的流量计原理框图单片机MSP430EEPROM存储器3V锂电池4～20

8、mA用户设备（计算机或仪表等）RS485（或RS232）通讯接口D/A变换器液晶显示液晶驱动器A/D转换器前置放大器放大器流量传感器温度传感器Rt压力传感器键盘1、一体化气体流量计具有温压补偿一体化的流量计温度测量的方法1：热敏电阻PT100，电桥放大，A/D转换A/D2、温度和压力检测电路温度测量的方法2：热敏电阻PT100，三线制电桥放大2、温度和压力检测电路思考：三线制电桥电路，消除引线电阻影响的原理。温度测量的方法3：热敏电阻PT100，四线制电