一种基于hart协议的多参量涡街质量流量计的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于HART协议的多参量涡街质量流量计，包括涡街表体、压电传感器、压力传感器、温度传感器和壳体，壳体内设置有信号处理单元，所述信号处理单元包括与压电传感器依次连接的程控电荷放大器、程控高通滤波器、两级程控放大器、程控低通滤波器、程控窄波滤波器、程控触发器和主控单元，所述程控低通滤波器、程控窄波滤波器、温度传感器和压力传感器的输出端还分别与主控单元的输入端连接，所述主控单元的输出端还分别与程控电荷放大器、程控高通滤波器、两级程控放大器、程控低通滤波器、程控窄波滤波器的输入端相连。该基于HART协议的多参量涡街质量流量计结构简单、增大了流量量程比、解决了高低流速阶段出现的“漏脉冲”现象。
【专利说明】
一种基于HART协议的多参量满街质量流量计
技术领域
[0001]本实用新型涉及流量测量技术领域，特别提供了一种基于HART协议的多参量涡街质量流量计。
【背景技术】
[0002]涡街流量计是基于卡门涡街原理设计的一种流量仪表。仪表内安有阻力元件(旋涡发生器)，当流体到达一定流速流过阻力元件时，将会在其下游稳定地产生两列交替出现并排列整齐的旋涡(涡街)，该旋涡的频率在一定的雷诺数范围内，同流体的流速成正比。据此，通过检测旋涡频率，并已知管道截面积，就可以得出流体的流量。
[0003]然而，现有涡街流量计存在下限测量能力低、线性度差等问题。
[0004]因此，如何对现有的涡街流量计进行结构上的改进，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0005]鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于HART协议的多参量涡街质量流量计，以至少解决现有涡街流量计下限测量能力低、线性度差等问题。
[000?]本实用新型提供的技术方案是:一种基于HART协议的多参量涡街质量流量计，包括:
[0007]涡街表体I，其两端连接有涡街法兰11，其内部设置有漩涡发生体12;
[0008]压电传感器2，与涡街表体I的外壁密封插接，用于采集涡街表体I内介质的涡街流量信号；
[0009]压力传感器，用于采集涡街表体I内的压力信号；
[0010]温度传感器，设置于涡街表体I的内部，用于检测涡街表体I内的温度信号；
[0011 ]壳体3，与涡街表体I连接，其内设置有信号处理单元，所述信号处理单元包括与压电传感器2依次连接的程控电荷放大器31、程控高通滤波器32、两级程控放大器33、程控低通滤波器34、程控窄波滤波器35、程控触发器36和主控单元37，其中，所述程控低通滤波器34的输出端及程控窄波滤波器35的输出端还分别与主控单元37的输入端连接，所述主控单元37的输出端还分别与程控电荷放大器31、程控高通滤波器32、两级程控放大器33、程控低通滤波器34、程控窄波滤波器35的输入端相连，所述主控单元37的输入端还与温度传感器的输出端和压力传感器的输出端连接。
[0012]优选，所述基于HART协议的多参量祸街质量流量计还包括与主控单元37连接的人机交互界面，用于调整测量参数及显示测量结果。
[0013]进一步优选，所述基于HART协议的多参量祸街质量流量计还包括与主控单元37连接的远程控制端。
[0014]本实用新型提供的基于HART协议的多参量涡街质量流量计，通过漩涡发生体使涡街表体内的介质产生漩涡，压电传感器采集介质的涡街流量信号，压力传感器和温度传感器用于采集涡街表体内的压力信号和温度信号，信号处理单元对涡街流量信号、压力和温度信息进行处理，可以计算出介质的质量流量。
[0015]本实用新型提供的基于HART协议的多参量涡街质量流量计，结构简单、增大了流量量程比、提高了仪表系数k的线性度，解决了高低流速阶段出现的“漏脉冲”现象、电路集成度高、性能高、功耗低。
【附图说明】
[0016]下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明:
[0017]图1为基于HART协议的多参量涡街质量流量计结构示意图；
[0018]图2为信号处理单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合具体的实施方案对本实用新型进行进一步的解释，但并不局限本实用新型。
[0020]如图1所示，本实用新型提供了一种基于HART协议的多参量涡街质量流量计，包括:涡街表体1、压电传感器2、压力传感器(图中未示出)、温度传感器(图中未示出)和与涡街表体I连接的壳体3，其中，涡街表体I的两端连接有涡街法兰11、内部设置有漩涡发生体12，压电传感器2与涡街表体I的外壁密封插接，用于采集涡街表体I内介质的涡街流量信号，压力传感器用于采集涡街表体I内的压力信号，温度传感器设置于涡街表体I的内部，用于采集涡街表体I内的温度信号，壳体3内设置有信号处理单元，如图2所示，所述信号处理单元包括与压电传感器2依次连接的程控电荷放大器31、程控高通滤波器32、两级程控放大器33、程控低通滤波器34、程控窄波滤波器35、程控触发器36和主控单元37，其中，所述程控低通滤波器34的输出端及程控窄波滤波器35的输出端还分别与主控单元37的输入端连接，所述主控单元37的输出端还分别与程控电荷放大器31、程控高通滤波器32、两级程控放大器33、程控低通滤波器34、程控窄波滤波器35的输入端相连，所述主控单元37的输入端还与温度传感器的输出端和压力传感器的输出端连接。
[0021 ]该基于HART协议的多参量涡街质量流量计，通过漩涡发生体使涡街表体内的介质产生漩涡，压电传感器采集介质的涡街流量信号，压力传感器和温度传感器用于采集涡街表体内的压力信号和温度信号，信号处理单元对涡街流量信号、压力和温度信息进行处理，可以计算出介质的质量流量。
[0022]该流量计通过采用专用的HART通讯隔离电源方案，提高仪表可靠性和适应性。
[0023]其中，所述信号处理单元对压电传感器采集到的涡街流量信号的处理过程如下:压电传感器采集到的涡街流量信号首先进入程控电荷放大器进行预放大，接着进入由程控高通滤波器、两级程控放大器、程控低通滤波器组成的滤波放大环节，程控高通滤波器和程控低通滤波器可以有效滤除现场流量信号频率范围以外的干扰信号，两级程控放大器自适应现场流量信号幅值的大范围变化，增大了流量量程比，使之保持在一定的幅值范围内，保证后续数字信号处理的可靠性。
[0024]程控低通滤波器输出分为两路，一路进入主控单元，通过ADC转化为数字信号，一路进入后续的程控窄带滤波器、程控触发器，其中，ADC转化后的数字信号一方面用于流量信号幅值的自适应调整，一方面进行傅立叶变换、一次幅频识别算法提取真实的流量信号频率，该频率根据跟踪滤波的算法的规则用于设置程控窄带滤波器的初始中心频率和带宽，当程控窄带滤波器进入跟踪状态时，将根据自身输出的信号频率，自动调整中心频率和带宽，实时性、稳定性更高，消除了对主控单元实时高速数据处理能力的依赖，有利于降低整机功耗。程控窄带滤波器输出的信号一路进入主控单元中ADC另一通道转化为数字信号，用于获得此时信号的幅度，另一路进入程控触发器(具体为程控阈值自适应施密特触发器)转换为脉冲信号，之后进入主控单元获得此时信号的频率，进而进行第二次幅频识别算法，程控窄带滤波器输出的信号更纯净，幅值测量更准确，程控触发器保证流量信号完整可靠的转换为脉冲信号并在主控单元中进行精确测频，使得第二次幅频识别具有更高的准确性、稳定性和可靠性，通过采用双次幅频识别算法、跟踪滤波算法配合硬件程控窄带滤波器，提高了电路抗干扰、抗振动、信号实时处理和低流速测量能力，进一步扩展了流量量程比，引入信号阈值自适应技术，通过阈值自适应算法及硬件程控触发器实现对现场脉动流处理性能的提高，并解决高低流速阶段出现的“漏脉冲”现象。
[0025]主控单元还根据压力传感器和温度传感器采集到的压力信号和温度信号对流量信号进行补偿，得到实时工况下的准确的流量信号。
[0026]作为技术方案的改进，该基于HART协议的多参量涡街质量流量计还包括与主控单元37连接的人机交互界面，用于调整测量参数及显示测量结果。
[0027]作为技术方案的改进，该基于HART协议的多参量涡街质量流量计还包括与主控单元37连接的远程控制端，用于实现对该流量计的远程操控。
[0028]本实用新型的【具体实施方式】是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
[0029]上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种基于HART协议的多参量祸街质量流量计，其特征在于，包括: 涡街表体(I)，其两端连接有涡街法兰(11)，其内部设置有漩涡发生体(12); 压电传感器(2)，与涡街表体(I)的外壁密封插接，用于采集涡街表体(I)内介质的涡街流量信号； 压力传感器，用于采集涡街表体(I)内的压力信号； 温度传感器，设置于涡街表体(I)的内部； 壳体(3)，与涡街表体(I)连接，其内设置有信号处理单元，所述信号处理单元包括与压电传感器(2)依次连接的程控电荷放大器(31)、程控高通滤波器(32)、两级程控放大器(33)、程控低通滤波器(34)、程控窄波滤波器(35)、程控触发器(36)和主控单元(37)，其中，所述程控低通滤波器(34)的输出端及程控窄波滤波器(35)的输出端还分别与主控单元(37)的输入端连接，所述主控单元(37)的输出端还分别与程控电荷放大器(31)、程控高通滤波器(32)、两级程控放大器(33)、程控低通滤波器(34)、程控窄波滤波器(35)的输入端相连，所述主控单元(37)的输入端还与温度传感器的输出端和压力传感器的输出端连接。2.按照权利要求1所述的基于HART协议的多参量涡街质量流量计，其特征在于:还包括与主控单元(37)连接的人机交互界面，用于调整测量参数及显示测量结果。3.按照权利要求1或2任一项所述的基于HART协议的多参量涡街质量流量计，其特征在于:还包括与主控单元(37)连接的远程控制端。
【文档编号】G01F1/86GK205642490SQ201620456783
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】贾会安, 张朋刚, 董庆, 耿胜松
【申请人】辽宁聚焦科技有限公司