Какой метод обработки сигнала используется в вихревом расходомере?

Меня, как поставщика вихревых расходомеров, часто спрашивают о методах обработки сигналов этих изящных устройств. Итак, я подумал, что мне понадобится некоторое время, чтобы объяснить это вам так, чтобы это было легко понять.

Прежде всего, давайте быстро разберемся, что такое вихревой расходомер. АВихревой расходомерпредставляет собой тип устройства измерения расхода, работающего по принципу вихревой дорожки фон Кармана. Когда жидкость (жидкость или газ) протекает мимо обтекаемого тела, расположенного на пути потока, она создает чередующиеся вихри по обе стороны от обтекаемого тела. Частота этих вихрей прямо пропорциональна скорости потока жидкости. Эта взаимосвязь лежит в основе того, как вихревой расходомер измеряет расход.

Теперь перейдем к части обработки сигналов. Ключом к точному измерению расхода с помощью вихревого расходомера является эффективная обработка сигналов, генерируемых вихрями. Существует несколько широко используемых методов, и я расскажу вам о каждом из них.

Пьезоэлектрические датчики

Один из наиболее широко используемых методов обработки сигналов в вихревых расходомерах предполагает использование пьезоэлектрических датчиков. Пьезоэлектрические материалы генерируют электрический заряд при воздействии механического напряжения. В вихревом расходомере пьезоэлектрический датчик размещается на пути потока рядом с обтекаемым телом. По мере того как вихри формируются и рассеиваются, они вызывают вибрацию датчика, что, в свою очередь, генерирует электрический сигнал.

Этот электрический сигнал затем отправляется в электронику расходомера для дальнейшей обработки. Первым шагом в обработке этого сигнала является усиление. Необработанный сигнал пьезоэлектрического датчика обычно довольно слабый, поэтому его необходимо усилить до уровня, который можно точно измерить и проанализировать.

После усиления сигнал фильтруется для удаления шума и нежелательных частот. Шум может исходить из различных источников, например, из-за механических вибраций в системе трубопроводов или электрических помех. Фильтруя сигнал, мы можем выделить частотную составляющую, соответствующую частоте образования вихрей.

После фильтрации сигнала электроника расходомера использует алгоритм измерения частоты для определения частоты образования вихрей. Эта частота затем используется для расчета скорости потока жидкости, которую в дальнейшем можно преобразовать в объемный или массовый расход в зависимости от применения.

Емкостные датчики

Другой метод обработки сигналов, используемый в некоторых вихревых расходомерах, основан на использовании емкостных датчиков. Емкостные датчики работают, измеряя изменения емкости. В вихревом расходомере емкостный датчик предназначен для обнаружения изменений диэлектрической проницаемости жидкости при прохождении вихрей.

Формируясь и рассеиваясь, вихри вызывают небольшие изменения плотности жидкости и давления вокруг датчика. Эти изменения, в свою очередь, вызывают изменение емкости датчика. Электроника расходомера измеряет это изменение емкости и преобразует его в электрический сигнал.

Подобно методу пьезоэлектрического датчика, электрический сигнал от емкостного датчика усиливается и фильтруется для удаления шума. Затем измеряется частота сигнала для определения частоты образования вихрей, которая используется для расчета скорости потока.

Цифровая обработка сигналов (DSP)

В последние годы методы цифровой обработки сигналов (DSP) становятся все более популярными в вихревых расходомерах. DSP позволяет реализовать более совершенные алгоритмы обработки сигналов, которые могут повысить точность и надежность измерения расхода.

При использовании DSP необработанный аналоговый сигнал датчика сначала преобразуется в цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Когда сигнал принимает цифровую форму, его можно обрабатывать с использованием различных алгоритмов.

Одним из преимуществ DSP является его способность выполнять анализ сигналов в реальном времени. Чип DSP расходомера может непрерывно контролировать сигнал и при необходимости корректировать алгоритмы обработки для адаптации к изменениям условий потока. Например, если скорость потока внезапно увеличивается или уменьшается, DSP может быстро скорректировать алгоритмы фильтрации и измерения частоты, чтобы обеспечить точность измерений.

DSP также позволяет реализовать более сложные методы шумоподавления. Анализируя частотный спектр сигнала, DSP может идентифицировать и удалять компоненты шума, которые сложно отфильтровать традиционными аналоговыми методами.

Сравнение с другими расходомерами

Стоит сравнить методы обработки сигналов вихревых расходомеров с методами обработки сигналов других типов расходомеров, таких какТурбинные расходомерыиЭлектромагнитные расходомеры LDG.

Турбинные расходомеры работают путем измерения скорости вращения турбинного колеса, расположенного на пути потока. Колесо турбины соединено с магнитным датчиком или датчиком Холла, который генерирует электрический сигнал, пропорциональный скорости вращения. Обработка сигнала в турбинном расходомере относительно проста и в основном включает усиление и измерение частоты для определения расхода.

С другой стороны, электромагнитные расходомеры LDG измеряют расход на основе закона электромагнитной индукции Фарадея. Когда проводящая жидкость протекает через магнитное поле, она генерирует электродвижущую силу (ЭДС), пропорциональную скорости потока. Обработка сигнала в электромагнитном расходомере LDG включает усиление и фильтрацию сигнала ЭДС, а затем использование калибровочного коэффициента для преобразования измеренного напряжения в расход.

По сравнению с другими расходомерами вихревые расходомеры имеют ряд преимуществ. У них нет движущихся частей, что означает меньшее обслуживание и более длительный срок службы. Они также относительно нечувствительны к изменениям свойств жидкости, таких как вязкость и плотность, что делает их пригодными для широкого спектра применений.

Приложения и преимущества

Вихревые расходомеры используются в различных отраслях промышленности и применениях. В нефтегазовой промышленности они используются для измерения потоков сырой нефти, природного газа и продуктов нефтепереработки. В химической промышленности они используются для измерения расхода различных химикатов и растворителей. В энергетике они используются для измерения расхода пара и охлаждающей воды.

Преимущества использования вихревых расходомеров многочисленны. Они обеспечивают высокую точность и повторяемость, что важно для управления процессом и выставления счетов. Они также относительно просты в установке и эксплуатации и требуют минимальных требований к прямой трубе. Кроме того, они могут обеспечить надежное измерение расхода в суровых условиях, таких как высокие температуры и давления.

Заключение

В заключение отметим, что методы обработки сигналов вихревых расходомеров играют решающую роль в их производительности и точности. Независимо от того, используете ли вы пьезоэлектрические датчики, емкостные датчики или методы цифровой обработки сигналов, цель состоит в том, чтобы точно измерить частоту образования вихрей и преобразовать ее в надежное измерение расхода.

Если вы ищете расходомер и рассматриваете вариант вихревого расходомера, я буду рад обсудить ваши конкретные требования и помочь вам выбрать правильное решение для вашего применения. Не стесняйтесь обращаться ко мне за дополнительной информацией или начать обсуждение закупок.

Ссылки

• «Справочник по измерению расхода: принципы и применение», Ричард В. Миллер
• «Промышленное измерение расхода», Дэвид В. Спитцер