Какъв е методът за обработка на сигнала на вихров разходомер?

Като доставчик на разходомери Vortex често ме питат за методите за обработка на сигнала на тези изящни устройства. Така че реших да отделя малко време, за да го разбия за вас по начин, който е лесен за разбиране.

Първо, нека набързо да разгледаме какво представлява вихровият дебитомер. АВихров разходомере вид устройство за измерване на потока, което работи на принципа на вихровата улица на фон Карман. Когато флуид (течност или газ) протича покрай блъф тяло, поставено на пътя на потока, той създава редуващи се вихри от двете страни на блъф тялото. Честотата на тези вихри е право пропорционална на скоростта на потока на течността. Тази връзка формира основата на начина, по който вихровият разходомер измерва потока.

Сега към частта за обработка на сигнала. Ключът към точното измерване на потока с Vortex Flowmeter се крие в ефективната обработка на сигналите, генерирани от вихрите. Има няколко различни често използвани метода и аз ще ви преведа през всеки от тях.

Пиезоелектрични сензори

Един от най-широко използваните методи за обработка на сигнали във вихровите разходомери включва използването на пиезоелектрични сензори. Пиезоелектричните материали генерират електрически заряд, когато са подложени на механично напрежение. При вихров дебитомер пиезоелектричният сензор се поставя в пътя на потока близо до тялото на блъфа. Докато вихрите се образуват и отделят, те карат сензора да вибрира, което от своя страна генерира електрически сигнал.

След това този електрически сигнал се изпраща към електрониката на разходомера за по-нататъшна обработка. Първата стъпка в обработката на този сигнал е усилването. Суровият сигнал от пиезоелектричния сензор обикновено е доста слаб, така че трябва да бъде усилен до ниво, което може да бъде точно измерено и анализирано.

След усилване сигналът се филтрира, за да се премахнат всички шумове или нежелани честоти. Шумът може да идва от различни източници, като например механични вибрации в тръбопроводната система или електрически смущения. Чрез филтриране на сигнала можем да изолираме честотната компонента, която съответства на честотата на изхвърляне на вихъра.

След като сигналът бъде филтриран, електрониката на разходомера използва алгоритъм за измерване на честотата, за да определи честотата на отделяне на вихри. След това тази честота се използва за изчисляване на скоростта на потока на флуида, която може допълнително да се преобразува в обемен или масов дебит в зависимост от приложението.

Капацитивни сензори

Друг метод за обработка на сигнала, използван в някои вихрови разходомери, е базиран на капацитивни сензори. Капацитивните сензори работят чрез измерване на промените в капацитета. Във вихровия разходомер капацитивният сензор е проектиран да открива промените в диелектричната константа на течността, докато вихрите преминават.

Тъй като вихрите се образуват и отделят, те причиняват малки промени в плътността на течността и налягането около сензора. Тези промени от своя страна причиняват промяна в капацитета на сензора. Електрониката на разходомера измерва тази промяна в капацитета и я преобразува в електрически сигнал.

Подобно на метода на пиезоелектричния сензор, електрическият сигнал от капацитивния сензор се усилва и филтрира, за да се премахне шума. След това честотата на сигнала се измерва, за да се определи честотата на завихряне, която се използва за изчисляване на дебита.

Цифрова обработка на сигнала (DSP)

През последните години техниките за цифрова обработка на сигнала (DSP) стават все по-популярни във вихровите разходомери. DSP позволява прилагането на по-усъвършенствани алгоритми за обработка на сигнали, което може да подобри точността и надеждността на измерването на потока.

С DSP необработеният аналогов сигнал от сензора първо се преобразува в цифров сигнал с помощта на аналогово-цифров преобразувател (ADC). След като сигналът е в цифрова форма, той може да бъде обработен с помощта на различни алгоритми.

Едно от предимствата на DSP е способността му да извършва анализ на сигнала в реално време. DSP чипът на дебитомера може непрекъснато да наблюдава сигнала и да коригира алгоритмите за обработка, ако е необходимо, за да се адаптира към промените в условията на потока. Например, ако скоростта на потока внезапно се увеличи или намали, DSP може бързо да коригира алгоритмите за филтриране и измерване на честотата, за да осигури точно измерване.

DSP също така позволява прилагането на по-сложни техники за намаляване на шума. Чрез анализиране на честотния спектър на сигнала, DSP може да идентифицира и премахне шумови компоненти, които може да са трудни за филтриране с помощта на традиционни аналогови методи.

Сравнение с други разходомери

Струва си да се сравнят методите за обработка на сигнала на Vortex Flowmeters с тези на други видове разходомери, като напр.Турбинни разходомерииЕлектромагнитни разходомери LDG.

Турбинните разходомери работят чрез измерване на скоростта на въртене на турбинно колело, поставено в пътя на потока. Турбинното колело е свързано с магнитен датчик или сензор с ефект на Хол, който генерира електрически сигнал, пропорционален на скоростта на въртене. Обработката на сигнала в турбинния разходомер е сравнително лесна, като основно включва усилване и измерване на честотата за определяне на дебита.

От друга страна, електромагнитните разходомери LDG измерват дебита въз основа на закона на Фарадей за електромагнитната индукция. Когато проводяща течност тече през магнитно поле, тя генерира електродвижеща сила (ЕМС), която е пропорционална на скоростта на потока. Обработката на сигнала в електромагнитен разходомер LDG включва усилване и филтриране на EMF сигнала и след това използване на коефициент на калибриране за преобразуване на измереното напрежение в скорост на потока.

В сравнение с тези други разходомери, Vortex разходомери предлагат няколко предимства. Те нямат движещи се части, което означава по-малко поддръжка и по-дълъг експлоатационен живот. Те също така са относително нечувствителни към промени в свойствата на течността като вискозитет и плътност, което ги прави подходящи за широк спектър от приложения.

Приложения и ползи

Вихровите разходомери се използват в различни индустрии и приложения. В нефтената и газовата промишленост те се използват за измерване на дебита на суров нефт, природен газ и рафинирани продукти. В химическата промишленост те се използват за измерване на потока на различни химикали и разтворители. В производството на електроенергия те се използват за измерване на потока на пара и охлаждаща вода.

Ползите от използването на разходомери Vortex са многобройни. Те предлагат висока точност и повторяемост, което е от съществено значение за контрола на процеса и целите на фактурирането. Те също са сравнително лесни за инсталиране и експлоатация, с минимални изисквания за права тръба. Освен това те могат да осигурят надеждно измерване на потока в тежки среди, като високи температури и налягания.

Заключение

В заключение, методите за обработка на сигнала на разходомерите Vortex играят решаваща роля за тяхната производителност и точност. Независимо дали се използват пиезоелектрични сензори, капацитивни сензори или техники за цифрова обработка на сигнала, целта е да се измери точно честотата на вихровото отделяне и да се преобразува в надеждно измерване на скоростта на потока.

Ако сте на пазара за разходомер и обмисляте вихров разходомер, ще се радвам да обсъдим вашите специфични изисквания и да ви помогна да изберете правилното решение за вашето приложение. Чувствайте се свободни да се свържете с мен за повече информация или да започнете дискусия за обществена поръчка.

Референции

• „Наръчник за измерване на потока: Принципи и приложения“ от Ричард У. Милър
• „Измерване на промишлени потоци“ от Дейвид У. Спицер