摘要:長期以來，如何擴展渦街流量計量程下限一直是一個問題。流體的流速脈動，局部阻力，管道的隨機振動都為解決這一問題帶來了難度。本文通過對設備物理性能的改進和對信號數字處理方法的改進，有效的擴展了渦街流量計的量程下限。
1引言
渦街流量計是利用流體振蕩原理來進行流量測量的。它具有以下有點:儀表內無活動部件、使用壽命長、測量精度高、測量范圍寬、輸出與溫度、壓力、密度粘度無關等等。但是它也存在明顯的缺點，即不能測小流量廠一般不能測雷諾數低于5以X)的流體的流量。這樣渦街流量計在實際測盤中就存在一個量程下限的死區，對大約滿t程1/巧以下的流童不敏感。這就需要我們盡可能的擴展流且計的下卿，1.本文通過改進殼體設計、管道內部件的設置和數字信號處理方法，有效的擴展了渦街流量計的下限。
渦街流t計的基本工作原理如圖l所示，在流體管道中插人一個渦街發生體(通常為三角柱)，流體將產生邊界層分離，并在柱的后面交替的產生有規則的漩渦，增大機械能的損耗。這兩列鑊渦的旋轉方向相反，上面的一列按順時針方向旋轉，下面的一列按逆時針方向，稱為“卡門渦街”。卡門渦街的頻率了與流體流速v發生體迎流面寬度d的關系，
其中，是流體流速，D是管道內徑，”為流體的流動粘度。流體存在兩種典型的速度分布，層流和紊流。層流是流體質點間相互不混雜、層次分明的一種流動。在管道中當流動達到充分發展時，流速分布呈拋物面形狀。當Re<2300，時，流體的流動形式一般為層流。如圖3所示。
3殼體設計的改進
為了解決光纖渦街流量計所少到的關于流量下限不能太低的局限，在殼體的設計上，在流人口和流出口分別采用了漸縮管和漸擴管。有流體力學的知識可知，雷諾數是表征流體流動特性的一個重要參數。雷諾數定義為流體流動時的慣性力Fg和粘性力(內摩擦力)Fm的比。
4管道內部的改進
如前所述，要想在渦街流量計內形成穩定的卡門渦街，流體的流速分布必須沿徑向盡可能的均勻，但是由于流體總是具有一定的粘性，所以在靠近管壁處流速為0，只有離開管壁一定距離號才能變平l2]。流速分布圖不僅與Re有關，而且與管壁的光滑程度以及流體所受的阻力分布有關。對于Re<2300的流體流t，就無法產生穩定的卡門旋渦，這就是傳統的渦街流量計無法測量的雷諾數流體流量的重要原因。因此，為了能夠對雷諾數流利流量進行測量，擴展流量計的量程，必須盡量將流量計內如圖3所示的流體速度分布變成如圖4所示的速度分布。
本文在靠近渦街發生體的上游增加了一層金屬絲網對流體進行整流。金屬絲網能夠時靠近管道中心的較大流速的流體由于受到阻力而減小速度，則一部分流體轉而從靠近管壁處流走，進而使靠近管壁處的流體流速增大，從而使得流體的流速分布均勻。更好的達到圖4所示的流速分布狀態。有效的擴展流量計的下限。
5信號處理方法的改進
由于管道的隨機振動、流速的脈動以及微小兩相流這些都給高精度的頻率計數帶來了困難，所以提取高噪聲下的有用信號就成了數字信號處理的關鍵。而一旦提取成功，渦街流量計的測量下限將大幅度擴展。針對這個問題曾經廣泛應用了傅立葉變 換、基于Brug的極大嫡分析法等l’l。現在隨著小波技術的不斷成熟，越來越多的應用于信號處理的過程中151。本文提出了一種單支重建方法，能夠有效的擴展流量計的下限。
在諸多影響信號強度的因素仲，流速是最主要的。當渦街流量計在高流速狀態時，信噪比很高，噪聲減弱到可以忽略的程度。在低流速時，渦街信號和噪聲信號幾乎是重疊在一起的，微弱的有用信號淹沒在嚴重的噪聲中，若不經過處理就容易將噪聲信號誤認為是渦街信號。
本文在硬閉值的選用上，采用了特定的變斜率非線性闊值單元代替硬限值函數。單元函數為[4]
6實驗結果
以下是用小波單支重構法進行信號處理的結果。該實驗的管道口徑為25mm，對于低流速的流體的試驗結果如下圖所示。試驗結果表明，小波重建方法對于渦街流量計的量程下限的擴展具有一定的效果。
7結論
通過對相關設備的物理性能的改變和對數字信號處理方法的改進，有效的去除了渦街信號中含有的噪聲成分，尤其是在低流速時。這樣就能更準確的對低流速流體的流量進行測量。從而擴展了渦街流量計的量程。