差压式流量计和涡街流量计蒸汽测量的研究

目前，国内外对蒸汽流量计量的关注点多在双参数测量传感器的研究。研究学者提出了多种多传感器组合测量方法，其中使用最广泛的是差压式流量计和涡街流量计。然而，文丘里管测量范围小，流体对喉管的冲刷和磨损严重，孔板流量计压损大，长时间使用会使其精度急速下降。相比之下，均速管流量计自身结构简单、压损小以及长期运行稳定性好的优势使其广泛适用于各种介质。涡街流量计是目前国内主要流量仪表之一，用于气体、液体和蒸汽的计量、检测和控制。涡街流量计在工业上的广泛应用证明了其在稳定流体计量中的可靠性和精确性。

涡街流量计具有介质适应性宽、测量精度高、压力损失小等优点，但在湿蒸汽测量方面仍存在抗干扰性能、测量下限以及准确性等关键性问题。因此，国内外很多学者致力于涡街频率信号检测方法和频率检测传感器的研究。宋开臣和黎翱等人分析压电式涡街流量计输出的电荷信号幅值极小，受噪声影响大，信噪比很低等影响其测量精度的因素。舒张平等人为了扩展量程比，研制了测量低雷诺数流量的涡街流量计，测量精度达到1.0级。研究表明压电式对于管道振动十分敏感,不利于降低测量下限，而在一定范围内差压式的输出信号几乎不受管道振动干扰的影响。

利用差压式测量方法检测涡街频率信号也越来越成为研究者们研究的热点话题。Li等人采用差压传感器来检测旋涡发生体上下游之间的压力差，在压力信号中直接测得质量流量。此方法的提出对管道振动和流体湍流等干扰也具有较好的稳定性。Venugopal等通过数值模拟确定涡街发生体的形状，并采用管壁压差测量法对涡街流量计进行实验性能研究。差压式检测方法工作可靠，介质流动对引压系统影响很小，灵敏高，逐渐成为一种改善涡街流量计测量特性的有效办法。

涡街流量计在本质上是流体振动型流量计,在工业现场使用时，管道及各种传感器振动引起的干扰会降低测量精度。为了提高测量测量精度，国内外学者对涡街频率信号处理相关方法展开了大量研究。李庆勇等人设计了一种新型移动式高精度涡街流量计，并利用快速傅里叶变换处理低流速下的涡街频率信号。Jin等采用快速傅里叶变换方法用于时域变换，分析涡旋相互作用引起的涡旋脱落频率的来源、原因和衰减。但是，这种方法在更低速时难以进一步提取有用信号,一般用于信号和噪声重叠部分非常小或者完全分开的情况,因此单纯用谱分析来扩展涡街流量计的量程下限存在着很大的局限性。

此外，Shao等对涡街流量计采集的输出信号进行滤波，并通过概率密度函数和循环差分序列，提取波动特征信号。Li等提出了一种基于经验模态分解和谱重心校正法的信号处理新算法，对离散液体对涡街信号和计量的影响进行分析，为涡街信号分析提供了一定的参考。姚凤艳等人采用集总经验模态分解和Hilbert谱方法对涡街流量计尾迹振荡特征进行研究。自适应陷波方法在检测精度和动态响应之间存在矛盾，互相关方法需要合适的信号点数和周期才能发挥较好的效果，这些方法都取得了一定的效果，但是由于自身存在一些限制，需要进一步地改进和提高才能取得很好的实际测量效果。Istihat采用小波分析对涡流管产生的涡流信号进行测量和分析，得到了压力、温度和频率之间的关系，具有较好的测量效果。Xie等提出基于小波包分析和多分类支持向量机的方法分析信号波形特征，可以自动、快速地诊断故障。小波分析在故障检测、涡流信号等方面研究发展具有一定的实际应用意义，为涡街特征频率提取提供了研究基础。

随着工业自动化的飞速发展,人们对湿蒸汽流量测量装置以及检测技术要求愈来愈高。基于均速管流量传感器与涡街流量计的应用优势，本文提出了新型均速管涡街一体化流量传感器，主要介绍了两种传感器的结构特点、工作原理以及信号采集方式，并通过实验测试对两种传感器的测量特性进行研究。该新型流量传感器能够同时具备两者的压损小、准确度高、测量范围大以及应用广泛等优势，对于提高产品质量和降低能源损耗具有十分重要的意义。

审核编辑：汤梓红