隨著科技和生產的發展,要求渦街流量計能夠測量高溫流體;低功耗、兩線制地實現信號的數字處理,同時具有HART通信功能;能夠測量雷諾數在5000~20000范圍內的小流量。為此,針對這些特殊需求,研制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、基于互相關分析測量低雷諾數流量的渦街流量計。采用壓電晶體材料制作的耐高溫渦街流量傳感器可以測量高溫流體,但存在靈敏度低、阻抗變大的問題。
為此,研制用于耐高溫渦街流量傳感器的信號調理電路。設計兩級電荷放大器再加兩級低通濾波器的信號調理電路,對耐高溫渦街流量傳感器輸出的幅值較小的信號進行放大和濾波,獲得穩定的流量信號;對傳感器輸出信號線以及信號調理電路進行屏蔽,防止由于阻抗變大導致調理電路輸出信號受到較大的電磁干擾,特別是工頻干擾的影響。
引入HART通信增加了數字式兩線制渦街流量計的功耗,且通信穩定性容易受電源波動的影響。為此,研制數字式兩線制HART渦街流量變送器。采用穩壓管與隔離型DC/DC相結合的電源設計,保證了HART通信的穩定工作;采用兩路隔離電源的電源設計方案,提高了電源的負載能力和系統抗力,在進行數字信號處理的同時,實現兩線制HART通信;與研制的用于耐高溫渦街流量傳感器的信號調理電路相結合,形成一個完整的用于耐高溫渦街流量傳感器的數字式兩線制HART渦街流量變送器。實驗結果表明,該變送器消耗的電流約為3.3378mA,測量液體流量的精度可以達到0.5級。常規的渦街流量計難以測量雷諾數在5000~20000范圍內的小流量。為此,研制基于互相關分析測量低雷諾數流量的渦街流量計。采用互相關分析方法,充分利用兩路渦街流量信號的相似性,實現低雷諾數流量的測量;重新設計渦街流量計一次儀表,以滿足互相關分析的要求;提出一種基于互相關分析快速計算延遲時間的方法,保證儀表的實時性;采用三次樣條插值的方法,提高延遲時間的計算精度;以低功耗單片機MSP430F6459為核心,進行系統設計,滿足低功耗要求。水流量標定結果表明,該渦街流量計量程下限所對應的雷諾數為6649,測量精度為1.0級.
