差压式涡街流量计仪表优化设计与涡街信号处理的研究

摘要

涡街流量计是基于卡门涡街原理设计的一种流量计，广泛地应用于工业管道流量测量中。针对涡街流量计抗干扰性差的缺陷，本课题组提出根据卡门涡街的基本特性，通过在管壁上安装差压传感器测量涡街频率的方法，研制了一种能够直接测量流体质量流量的差压式涡街流量计。本文面向实际应用，拓展差压式涡街流量计的应用领域。为了测量水、空气、蒸汽等不同介质的体积与质量流量，在原有的基础上对差压式涡街质量流量计进行了优化设计，研究了涡街信号处理方法。本论文主要研究内容如下： (1)对涡街流量计的特点、发展历程、检测手段作了详尽的概述。介绍了差压式涡街质量流量计的测量原理，分析了该流量计相对于传统方法的优势以及目前应用中的难点和不足，提出了解决问题的方案。 (2)对差压式涡街流量计进行了优化设计。应用流体网络理论分析、仿真并实验了涡街管壁引压系统的动态频率响应特性，在此基础上改进了引压系统的结构。通过传热分析大大提高了差压式涡街流量计的工作温度，理论上证明了蒸汽测量测的可行性。 (3)对改进后的差压式涡街流量计测量装置进行了水和空气的单相介质实验，分析了小流量下质量流量误差原因。实验结果表明该装置在水和空气的介质条件下具有较好的测量精度，并且降低了水的体积流量的测量下限。 (4)针对小流量下涡街流量计测量误差大的问题，本文提出了利用温度补偿改善零点漂移，并提出将Wigner-Hough变换应用于涡街信号的分析与辨识。 本文的创新之处在于将流体网络理论应用于差压式涡街流量计引压系统的动态响应分析中去，对差压式涡街流量计进行了优化设计。提出了新的涡街参数检测方法，利用Wigller-Hough变换检测涡街频率，提高了抗干扰能力和涡街频率检测的准确度。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2涡街流量计的国内外研究现状

1.2.1涡街流量计的测量原理

1.2.2涡街流量计的频率检测方法

1.2.3压电式涡街的抗干扰研究

1.3差压式涡街质量流量计简介

1.3.1差压式涡街流量计质量流量测量原理

1.3.2差压式涡街流量计信号处理电路介绍

1.3.3基于差压原理的涡街流动性分析

1.4本文的研究意义和主要内容

1.4.1研究意义

1.4.2主要内容

第2章差压式涡街流量计表体优化设计

2.1引言

2.2差压式涡街流量计管壁取压优化分析

2.2.1流体网络理论相关参数

2.2.2引压系统无损管路阻抗模型和固有频率计算

2.2.3管壁引压优化实验分析

2.3涡街流量计工作温度设计

2.3.1差压式涡街流量计应用领域的拓展

2.3.2引压系统工作温度设计

2.3.3散热片结构设计

2.4差压式涡街流量计总体设计

2.4.1传感器选型

2.4.2差压传感器标定

2.4.3差压式涡街流量计阀体设计

2.4.4引压系统设计

第3章差压式涡街装置实验标定

3.1引言

3.2水实验标定

3.2.1水实验标定装置

3.2.2水实验结果

3.3空气实验标定

3.3.1空气实验标定装置

3.3.2空气实验结果

第4章涡街信号处理与参数提取的研究

4.1引言

4.2涡街信号处理系统零点漂移的抑制

4.2.1零点漂移的产生原因

4.2.2压阻式差压传感器温度漂移的补偿方法

4.2.3差压式涡街流量计的温度补偿

4.3涡街参数检测方法概述

4.3.1 FFT变换

4.3.2小波变换

4.4基于Wigner-Hough变换的涡街信号处理方法

4.4.1 Wigner-Vill分布(WVD)

4.4.2 Hough变换

4.5仿真结果及实验讨论

4.5.1白噪声背景下的仿真结果

4.5.2 Wigner-Hough变换在涡街信号处理中的应用

第5章总结及展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

个人简历

致谢