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涡街流量计信号的前置滤波+频谱分析法

来源:常州酷特仪器仪表有限公司    时间:2018-03-21
[导读]:

应用于涡街流量计数字信号处理方法比较多,一般可分为两大类:

第一大类是对原始信号进行自适应滤波,方法是通过检测涡街信号的幅度等特征,结合流体的密度等因素进行决策 ,从而自动改变滤波器的频带和施密特触发器的门限,达到最好的滤波效果,然后使用传统的脉冲计数方法测量涡街的频率,这种方法优点是可以扩大流量计的测量范围。考虑到减小体积和功耗 、降低成本、以及保护其知识产权,大都使用专门设计的数字滤波芯片。目前市场上出售的进口涡街流量计如罗斯蒙特、横河公司等均是基于上述类似的方法。

第二大类方法主要是在频率的测量、滤波上采用数字信号处理的方法,如使用频谱分析的方法进行频率测量,基于小波变换的方法进行信号的滤波等 ,这些方法可以从本质上提高频率的测量精度。

这些方法存在的主要问题是如何在信噪比小于 1 的时候对信号进行测量,因为这时的噪声功率谱已经接近或者大于信号的功率谱。

结合仿真模型的特点 ,以及综合上述两种方法,本文提出了使用前置滤波器 + 频谱分析的方法。频谱分析的方法就是通过快速傅立叶变换对涡街信号进行频率分析 ,求出功率谱。因为在流量计大部分量程内 ,涡街信号的功率值都大于其它干扰信号,因此通过寻找信号频率中功率谱中最大的点,就应该是涡街信号的频率。考虑到频谱分析方法存在非整周期采样误差的问题,通过合理选择采样频率以及频谱校正,测量精度远高于其它方法。

对于信噪比小于 1 时主信号提取 ,借鉴对信号幅度的判别进而确定滤波器频带的方法,因为从信号模型可以看出,涡街信号的幅度随流量的平方而变化 ,因此可以通过对涡街信号幅度的大小对流量进行初步判断 ,进而在流量信号减小到一定的门限值时 (此时的信号中最大干扰信号的功率谱值接近涡街信号功率谱幅值) ,接入一个固定带宽的带通滤波器,这个滤波器的上限频率设定在上述的门限频率值,而下限设定在涡街流量计所能测量的最小频率上。这里之所以不使用低通滤波器是因为此时信号中有可能存在较大幅值直流电平信号,很可能使功率谱分析得出的结果为零频率信号。

下图就是前置带通滤波器的频率特性:

涡街流量计

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1、浓盐酸用什么流量计 ?

答: 对于浓盐酸等腐蚀性强的介质,应选用电磁流量计,衬里必须选择四氟,电极选用哈式电极,这些材质都有很好的耐腐蚀性


2、流量计精度等级为2.5级,是什么意思 ?

答:所谓的精度等级概念是:在实际测量所得的流量中允许最大误差的百分比。例如量程为10~200m³/h的流量计,其最大会产生的误差为(10~200)×(±2.5%)=(±0.25~5)m³/h

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