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      提升渦街流量計三個核心技術問題應對特殊需求

               隨著科技的不斷發展,不斷創新,渦街流量計被測試可以用來測量高溫流體流量、測量低雷諾數的流量且具有通信功能,為了滿足上述高性能渦街流量計面臨的特殊工況的需求,研制面向特殊需要求的渦街流量計。目前,面向特殊需求的渦街流量計主要面臨三個關鍵技術問題:
               (1)采用溫度特性非常好的壓電晶體材料來制作耐高溫渦街流量傳感器,可以進行高溫流體的測量。但是,壓電晶體的壓電系數僅為壓電陶瓷的幾十分之一,并且其阻抗更大。這就導致耐高溫渦街流量傳感器存在輸出信號靈敏度較低、易受干擾的問題。
              (2)為了提高儀表的測量精度和抗干擾能力,將數字信號處理方法應用于渦街流量信號的處理,從含有噪聲的信號中提取流量信息。但是,數字信號處理運算
      量大,單片機必須全速運行,功耗較大。雖然己有用超低功耗單片機實現數字式兩線制渦街流量計的先例,但是,當流量計還需具備HART通信功能時,HART部分的引入增加了功耗。同時,由于電流環上疊加了1200Hz和2200Hz的正弦波HART通信信號,當采用傳統的電源設計方案時,變送器消耗電流的波動以及非隔離型DC/DC的作用,會造成電流環上HART通信信號產生畸變。
              (3)根據卡曼渦街的形成原理,只有當被測流體流量所對應的Re在5000以內時,流體才開始處于層流狀態,此時無法產生穩定的渦街。因此,理論上渦街流量計最低可以進行Re為5000左右的小流量測量。但在實際應用中,對于Re在5000-20000范圍內的小流量測量,Sr會跟隨R。而變化,導致渦街流量計的儀表系數也相應地發生改變。此外,由于此時渦街流量傳感器的輸出信號中,渦街流量信號的幅值很小,很容易被環境中的噪聲所淹沒,從而無法提取流量信息。因此,常規渦街流量計難以進行Re在5000左右的小流量測量,其量程下限所對應的Re一般在20000左右。
              以上三個關鍵技術問題無不限制了渦街流量計在一些特殊場合的應用。為了解決這些關鍵技術問題,我們研制了用于耐高溫渦街流量傳感器的信號調理電路、數字式兩線制HART渦街流量變送器和基于互相關分析測量低雷諾數流量的渦街流量計。
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