基于MSP430的数字涡街流量计的实验研究

　　1　引　言

　　涡街流量计因其介质适应性强,无可动部件,结构简单,使用寿命长等诸多优点,在许多行业得到了广泛的应用[1]。然而,涡街流量计也存在着明显的弱点。在低流速条件下,涡街信号的信噪比很低,有用信号几乎被噪声淹没;给低流速条件下的测量造成了很大的困难;且容易受到振动噪声的干扰。传统的涡街流量计的信号处理方法采用的是模拟电路,解决不了低流速条件下的信号处理问题,量程比只能达到1∶10,限制了涡街流量计的使用。目前,关于涡街的抗震性及抗噪声方面的研究取得了一些进步[2,3],本文正是利用MSP430强大的处理功能,实现对涡街流量计的信号分析和处理,从而提高对噪声的抗干扰能力,提高量程比。*

　　2　数字涡街流量计的工作原理

　　2.1　涡街的产生与涡街现象

　　涡街流量计是利用流体振动原理来进行流量测量。即在特定的流动条件下,流体一部分动能产生流体振动,且振动频率与流体的流速(或流量)有一定关系。其测量原理为:把一个非流体线性阻流体(也称为旋涡发生体)竖直插入管道中,随着流体绕过阻流体流动,产生附层分离现象,形成有规则的旋涡列,左右两侧的旋涡的旋转方向相反,这种旋涡称卡门涡街[4],如图1所示。

　　2.2　涡街流量信号的组成

　　从处理电路出来的信号,形式一般都是弱电压或弱电流。这个信号是杂乱无规则的,这是因为信号中既包括了从涡街传感器所测得的有用信号,又包括了各种无用的噪声干扰信号,这些干扰信号主要包括电磁场干扰信号、管道振动的干扰信号。

　　虽然理想的涡街信号经电荷放大器和低通滤波器后应该是一个规则的正弦波信号,但由于不可避免地叠加了各种噪声信号,所以得到的信号看起来是杂乱无章的。图2则表示了一个典型的受干扰的涡街信号。因此有用信号的提取显得尤为重要[5]

　　2.3　涡街信号的测量

　　根据卡门涡街原理,单侧漩涡频率f和漩涡发生体两侧流速u1有如下关系:

　　在以d为特征尺寸的雷诺数Re的一定范围内,Sr为常数。当柱体的形状、尺寸确定之后,就可根据式(1)通过测定f来测定漩涡发生体两侧的流体流速u1。根据流体流动的连续性原理可得:

　　以上的推理是在斯特劳哈尔数Sr为常数的基础上的。仪表系数K仅与漩涡发生体的几何参数有关系,而与流体的物性和组分无关[4]。

　　涡街流量计可以测量液体流量,也可以测量气体流量。流量特性曲线不受液体压力、温度、黏度、密度和成分的影响,而且水的特性与空气的特性基本一致,这也为涡街流量计在不同介质上的标定和使用带来了方便。