高抗干擾的智能化渦街流量計|廠家價格|規格參數
摘 要:文章將傳統的渦街流量計進行了改進，設計了一種高抗干擾的智能化渦街流量計。主要論述了流量測量系統的硬件實現，在系統硬件設計中，采用了 TMS320LF2407A 單片機，實現對各個傳感器的信號進行采集、分析、計算。
渦街流量計是一種無運動部件的流量計，這個特性使其在使用過程中增長使用壽命。渦街流量計是一種數字式流量計，大致可分為以下幾類：
（1）圓柱渦街流量計。圓柱形的漩渦發生體外部形狀較簡單，但對測量管道內流速的精度有影響。這種流量計具有較高的 St 數（約 0.20），通過采取抽吸作用邊界層控制技術，再加上恒溫電路來檢測橫向脈動頻率。一般地，圓柱渦街流量計多采用熱絲檢測。
（2）矩形柱渦街流量計。矩形柱渦街流量計矩形柱體的長寬比 b/d 對漩渦強度有明顯的影響，漩渦強度和阻力損失是 b/d 的函數。當 b/d=0.67 時漩渦達到***強程度，此時的阻力系數 Cd 也增到一個極大值，
（3）三角柱渦街流量計。當前采用較多的漩渦發生體是三角柱形的，其形狀通常由試驗確定。它不單或者失去比圓柱更強烈的漩渦，而且它的沿海層撮合點是固定的，即其斯特羅哈數 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展潛力的柱形，柱體斷面是等腰三角形切去 3 個頂角，較大的長寬比 b/d（長度為 b，寬度為 d）有利于高流速時渦街的形成和穩定，而較小的 b/d 則漩渦較強，在低 Re 下具有較好的性能。
（4）組合柱型渦街流量計。為了使漩渦的性能更加穩定，漩渦的強度更加可靠，使用多種形狀組合成的柱型。但是由于這種柱型的結構過于復雜，在安裝及制作過程中產生不必要的麻煩，可利用性較差，一般不被大多數場所采用。
本文通過設計懸浮差動式流量傳感器，主要是能夠讓渦街流量計可以智能化的對流速較低、流量較小的場合進行測量，盡量提高有效流量信號的幅值而降低振動干擾噪聲的幅值。
2、傳感器結構設計：
2.1、懸浮差動式流量傳感器圖：
1 為流量傳感器的結構示意圖。
圖 1 結構示意圖
這種結構形式對于振動干擾噪聲有很強的抑制作用，因此利用該結構的渦街流量傳感器（懸浮差動式）對于減弱在旋渦的上升力方向的振動性影響是非常有幫助的，同時對于在旋渦的上升力方向的平面范圍內且與之垂直的振動干擾噪聲也有很好的排除作用。由于各種振動和脈動所引發的噪聲干擾使壓電陶瓷片的兩側作用力相同，所以引發了這兩邊的壓電陶瓷片會產生數量相當的電荷。
懸浮差動式的結構可以使兩側的壓電陶瓷片接收到的干擾信號互相抵消，即有效的除去 3 個方向的振動干擾噪聲。綜上所述，采用懸浮差動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的二維平面的振動干擾，同時可以抑制位于旋渦上升力方向的振動性干擾。
2.2、傳感器的實驗驗證：
文中需要對安裝傳感器的位置進行實驗，以此來確保有較好的抑制干擾噪聲的能力，并且使電荷信號在被旋渦觸發時達到***大。如圖 2 所示，該曲線展現的是測量發射信號的幅度與旋渦發生體的迎流面和旋渦發生體之間的距離 D1 間的實驗關系。圖中的橫坐標表示的是距離 D1，縱坐標表示的是差壓信號，該信號是被電荷放大器放大后測得的（流量都為 70 m3/h）。
從實驗關系圖中可以看出，要想使信號的幅值能達到***強，則距離 D1 要取值為 55~70 mm 之間。通過綜合考慮信號的幅度強度、信號的穩定性在時域和頻域及很多的實驗數據，本文中的設計方案確定了距離D1 的值為 65 mm，當采用此值時可以保證安裝傳感器的位置能有較好的性能。
圖2距離實驗關系曲線
3、硬件系統設計：
由于要兼顧三路不同的輸入信號:流量信號、溫度信號和壓力信號。由于信號形式不同所以本系統需要分別處理不同信號的模擬通道。整個系統的硬件框圖如圖 3 所示。
圖3智能化流量計系統框圖
從圖中可以看出，本系統進行了 2 次電源的轉換：首先為了實現 24 V 向 5 V 的轉換，采用了一片 DC/DC 轉換器來完成工作；其次為了實現 5 V 向 3.3 V 的轉換，選用了 TI 公司的 TPS7233 芯片來實現功能。
經過綜合比較選用了 2407A 作為本系統的處理器，它是 DSP 的應用芯片之一為 TI 公司設計的 2000 系列產品。2000 系列的 DSP 內核采用改進的哈佛結構，具有 8 組總線:1 個程序總線、3 個數據總線和 4 個地址總線，將程序空間和數據空間分離，獨立尋址，可以同時訪問程序空間和數據，可以進行多級的流水線操作。
三路不同的模擬通道的目的是使被 A/D 轉換器離散量化成數字信號的誤差為***小誤差，該信號要確實符合數模轉的要求。同時能夠進行電路處理對從傳感器輸出的比較弱的信號。
鍵盤共有四鍵，分別實現:設定、移位、遞增和確認功能，為非編碼鍵盤設計其電路如圖 4 所示。
圖 4 鍵盤電路
LCD 和時鐘芯片均是 5 V 供電，本系統為了實現 5V 向 3.3 V 電平的轉換，選擇了 16 位的電平轉換器來進行轉換。考慮到液晶顯示器（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。因此選擇了一種全屏幕圖形點陣方式的液晶顯示器 HS12864，該液晶顯示器的點陣大小為 64×128，并且內部帶有自己的控制器、驅動器和 LED 背光板可以實現上述功能。
數/模轉換器模塊是一塊串行芯片，并要能通過2407A 的 SPI（同步串行接口）實現對數/模轉換器的控制和數據發送，因此選用的是 AD420。
4、結語：
文中通過一系列智能化設計，對整個流量計的硬件系統進行了整體設計，在一定程度上提高了系統的測量精度，該流量計可用于氣體和液體等多種流體介質流量測量，其實用性和可行性還有待于今后的深入研究。