脈沖式渦街流量計的技術分析

     
          由于渦街流量計具有測量精度高、量程寬、測量介質廣泛、工作溫度高（介質溫度可達350℃）、耐腐蝕以及可靠性高等特點，廣泛應用于石油、化工、輕工及動力供熱等行業工業管道介質（如氣體、液體及蒸汽等）流體流量的測量，多種介質。渦街流量計一般測蒸汽、水等介質的比較多，比如熱電廠發電會產生蒸汽，而蒸汽可以供暖和生產重復使用，這樣熱電廠就可以對外售賣蒸汽。所以要安裝流量計來測量輸出給用戶多少蒸汽，也就是得測蒸汽的流量，因此測量必須準確。
                           
          渦街流量計的檢測結果有模擬信號，也有數字脈沖信號輸出，而脈沖式渦街流量計的檢測結果以脈沖方式輸出，傳統的計量方法采用濾波器濾波后由計數器來計量脈沖數量，從而計算流量。但這種方式只能計量脈沖數量，對脈沖出現的異常情況（如設備故障或者人為原因）等不能進行判別，更不能及時反饋。而脈沖出現異常將導致流量計量不準確，zui終直接影響雙方利益。因此，迫切需要一種全新的方法，不僅可以計量脈沖數量，而且當脈沖出現異常狀況時也可以及時發現。
                          

          1 檢測方法
                           
          脈沖式渦街流量計計數檢測方法采用A/D采樣，配合軟件處理的方法對脈沖進行計數和判別。利用高速A/D采集脈沖輸入口的電壓幅值和平均值，軟件濾波后根據采集結果統計脈沖數量；將一段時間內采集的電壓幅值和平均值與渦街流量計zui初安裝時的正常電壓幅值和平均值進行對比，以判斷脈沖輸出電壓是否正常；保存一年的計量數據，每次計量結果與一年前同期相比，看脈沖數量是否異常。通過電壓值和用量的綜合對比，來判斷渦街流量計輸出是否正常。

           2 方案簡介
           2.1 硬件方案
                           
          為了完成脈沖計量及檢測，必須有一定的硬件作為支撐。濾波電路采用無源濾波電路，主要濾除干擾信號，使輸出電壓紋波系數降低，提高檢測準確性。
        電源模塊采用多組電源，供整個檢測裝置工作，特別注意的是給A/D采集供電的是1‰精度電源，以保證采集精度。
                           
         存儲模塊采用鐵電存儲器和Flash相結合的方式。由于要存儲一年的流量數據，數據量很大。而且采樣數據實時采集、實時保存，讀寫也相當頻繁。Flash空間大，但讀寫次數有限；鐵電讀寫速度快、次數多但容量小。因此采用Flash和鐵電相結合的方式，實時數據先存放在鐵電中，定時將鐵電中的數據轉移至Flash中。
        時鐘單元需自備電池，防止終端斷電后時鐘錯誤。
        遠程通信模塊用來與數據中心進行信息交互，將檢測結果以及異常信息等及時傳送給數據中心。
                      

           2.2 軟件方案
         

         系統初始化之后，主要進行數據采集、脈沖計數、脈沖檢測的循環。

           2.2.1 采集數據
                           
          5μs采集1個點，采集10個點后除去一個zui大值和一個zui小值，然后計算平均值。采集值≤（0.3×脈沖基準幅值），計1；采集值≥（0.7×脈沖基準幅值），計2；其他情況計0。采集一個有效數據所需時間為10×5μs=50μs，1s可采集20000個有效數據。每分鐘對上述檢測為2的電壓值取平均計算脈沖幅值，對所有電壓值取平均計算脈沖平均值，安裝調試完成后需保存脈沖幅值和平均值的基準值。
           2.2.2 脈沖計數
                           
          由于數據處理時間為1s，與渦街流量計的輸出脈沖周期可能不一致。每秒采集時有些脈沖可能被截斷，為了避免少計脈沖，需要對脈沖進行處理。將上一秒zui后一段連續為2的數字段及之后所有的數字與本次數據合并，一起進行處理。為避免多計脈沖，對本次zui后一段連續為2及之后所有的數字不做處理，留待下一秒處理。
                           
           脈沖統計時，遍歷數據記錄，找出并記錄每段連續為2的數字段中的2的數量和整條數據記錄中為2的數字段的總段數；取出一段數據段，記為基準對比段，用其他數據段中數字2的數量與之對比，記錄兩段數字2數量的差值在3個之內的總段數，然后用每一段數據段為基準對比段，重復本次操作；找到差值在3個之內的個數zui多的數據段，首先將此段與所有差值在3個之內的數據段都計一個有效脈沖，并對這些數據段中2的數量做平均，平均值作為基準數量并以此計算脈沖周期，然后對不滿足差值為3的數據段進行處理。處理方法如下：
          a.如果數據段中2的數量少于基準數量但落在應為高電平的時間段內認為是一個有效脈沖，否則認為是干擾信號；
         b.如果數據段中2的數量多于基準數量，先判斷這些數據段落在多少個周期內，有多少個周期計多少個有效脈沖。
                           
          得出有效脈沖后，對上述所有有效脈沖的周期進行判斷，判斷和相鄰的數據段是否落在相同周期內。如果相同，則應減去相同周期的個數，zui終得出有效脈沖總數，即為這一秒的脈沖數。

        2.2.3 脈沖檢測
          脈沖檢測包括電壓值對比和流量的保存與對比兩部分。
                           
          每分鐘對上述檢測為2的電壓值取平均，與初始記錄的每分鐘幅值對比，如果當前幅值介于初始幅值的0.85～1.15倍之間，認為脈沖幅值正常，否則記一次異常，連續5次異常，則認為脈沖幅值異常；每分鐘對上述所有的電壓值取平均，然后與初始記錄的每分鐘均值作對比，如果當前均值介于初始均值的0.85～1.15倍之間，認為脈沖均值正常，否則記一次異常。連續5次異常，則認為脈沖均值異常。
                           
          設備保存一年的流量記錄，每秒流量計量出來之后與一年前同期的流量對比，如果變化不多，則用當前流量值替換前一年的流量值。如果變化較大，計一次流量異常。連續3min流量異常，則認為流量異常。流量異常時暫不替換前一年流量，待人工確認。如果是正常使用則替換前一年流量，否則保持前一年流量不變。
                          

              3 結束語
                           
         該方法檢測脈沖式渦街流量計的脈沖數量，通過軟、硬件二次濾波可有效濾除干擾脈沖，保證檢測準確。通過對檢測結果的綜合判斷，可了解脈沖輸入的情況，依此了解脈沖式渦街流量計的工作狀態，確保脈沖式渦街流量計工作在*狀態，保證系統檢測的準確性。發現異常情況后，及時進行提示，可確保各方的合法利益不受侵害。