新型管壁差压涡街质量流量计的研制

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能源、动力、石油、化工等流程工业过程中常常需要对工作介质的质量流量进行测量。常见质量流量计的测量性能受被测介质密度和温度变化的影响,涡街流量计的管壁差压法通过检测旋涡发生体上下游的压力降和旋涡脱落所引起的尾迹波动,获得被测介质的质量流量,其测量准确度与介质温度和温度变化无相关性。该方法的检测元件无需伸入管道内,而是通过管壁取压孔获得涡街信号,因此对被测流体的流动状态影响较小,是一种良好的非侵入式信号获取方法。该方法中涡街频率和压力降可以同时测到,不但可以直接获得质量流量而且消除了同源噪声。   流体的质量流量Qm与涡街流量计中钝体前后压差△P、旋涡脱落频率f的函数关系为Qm=Km△P/f,因此通过测量钝体前后压差和旋涡脱落频率,即可得到质量流量。基于上述函数关系,本文通过采用在钝体前后管壁取压的方式,设计了高精度的管壁差压涡街质量流量计。主要完成的工作如下:   (1)针对三种典型钝体绕流阻力特性进行了实验研究,根据实验结果选择了阻力损失最小,旋涡脱落稳定的三角柱作为本质量流量计的旋涡发生体。并针对六种可能的取压方式进行了设计和仿真分析,最终选择差压误差最小,振幅衰减程度较小,稳定性较好的1号取压方式作为取压方案,该方案也有利于机械结构设计。   (2)将整个流量计分为流量积算仪和流量显示仪两个部分进行设计,以STM32F103微控制器作为控制核心完成了硬件设计。在流量积算仪部分通过飞思卡尔MP3V5004DP型差压传感器将差压信号转换成电信号,通过模数转换器将差压信号转换成数字量,并通过快速傅立叶分析的方法将涡街时域信号转换为频域信号,通过功率谱求出旋涡脱落信号的频率,通过自适应采样减小傅立叶分析的非整周期采样的截断误差。流量显示仪通过LCD液晶触摸屏完成流量显示和参数设置功能,建立了流量积算仪与流量显示仪两部分之间的基于RS485的MODBUS协议通讯规则。   (3)分别从取压位置、引压方式和钝体结构等方面对流量计进行表体结构设计,在LJQ200型钟罩式气体流量标准装置上对加工的流量计进行校准实验。根据雷诺数的不同,对仪表系数进行修订以进一步提高测量精度,将实验测的雷诺数与修正系数存入到仪表的存储设备上,根据测得的雷诺数采用内插方法求取当前流量下修正系数,对仪表系数进行修正,然后算出当前质量流量。
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