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技術(shù)文章

淺析一種脈沖式渦街流量計(jì)計(jì)數(shù)檢測(cè)方法

點(diǎn)擊次數(shù)：1672 發(fā)布時(shí)間：2014-9-24

由于渦街流量計(jì)具有測(cè)量精度高、量程寬、測(cè)量介質(zhì)廣泛、工作溫度高（介質(zhì)溫度可達(dá)350℃）、耐腐蝕以及可靠性高等點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工及動(dòng)力供熱等行業(yè)工業(yè)管道介質(zhì)（如氣體、液體及蒸汽等）流體流量的測(cè)量，多種介質(zhì)。渦街流量計(jì)一般測(cè)蒸汽、水等介質(zhì)的比較多，比如熱電廠發(fā)電會(huì)產(chǎn)生蒸汽，而蒸汽可以供暖和生產(chǎn)重復(fù)使用，這樣熱電廠就可以對(duì)外售賣蒸汽。所以要安裝流量計(jì)來(lái)測(cè)量輸出給用戶多少蒸汽，也就是得測(cè)蒸汽的流量，因此測(cè)量必須準(zhǔn)確。
渦街流量計(jì)的檢測(cè)結(jié)果有模擬信號(hào)，也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，而脈沖式渦街流量計(jì)的檢測(cè)結(jié)果以脈沖方式輸出，傳統(tǒng)的計(jì)量方法采用濾波器濾波后由計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)量脈沖數(shù)量，從而計(jì)算流量。但這種方式只能計(jì)量脈沖數(shù)量，對(duì)脈沖出現(xiàn)的異常情況（如設(shè)備故障或者人為原因）等不能進(jìn)行判別，更不能及時(shí)反饋。而脈沖出現(xiàn)異常將導(dǎo)致流量計(jì)量不準(zhǔn)確，z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(jì)量脈沖數(shù)量，而且當(dāng)脈沖出現(xiàn)異常狀況時(shí)也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
1 檢測(cè)方法*
脈沖式渦街流量計(jì)計(jì)數(shù)檢測(cè)方法采用A/D采樣，配合軟件處理的方法對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)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(jù)采集結(jié)果統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)量；將一段時(shí)間內(nèi)采集的電壓幅值和平均值與渦街流量計(jì)z初安裝時(shí)的正常電壓幅值和平均值進(jìn)行對(duì)比，以判斷脈沖輸出電壓是否正常；保存一年的計(jì)量數(shù)據(jù)，每次計(jì)量結(jié)果與一年前同期相比，看脈沖數(shù)量是否異常。通過(guò)電壓值和用量的綜合對(duì)比，來(lái)判斷渦街流量計(jì)輸出是否正常。

2 方案簡(jiǎn)介
2.1 硬件方案

為了完成脈沖計(jì)量及檢測(cè)，必須有一定的硬件作為支撐。本方法的檢測(cè)裝置構(gòu)成如圖1虛線部分所示，由濾波電路、電源模塊、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘、遠(yuǎn)程通信模塊、人機(jī)交互界面和ARM組成。

圖1 檢測(cè)裝置構(gòu)成簡(jiǎn)圖

濾波電路采用無(wú)源濾波電路，主要濾除干擾信號(hào)，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

電源模塊采用多組電源，供整個(gè)檢測(cè)裝置工作，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(chǔ)模塊采用鐵電存儲(chǔ)器和Flash相結(jié)合的方式。由于要存儲(chǔ)一年的流量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量很大。而且采樣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)保存，讀寫也相當(dāng)頻繁。Flash空間大，但讀寫次數(shù)有限；鐵電讀寫速度快、次數(shù)多但容量小。因此采用Flash和鐵電相結(jié)合的方式，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)先存放在鐵電中，定時(shí)將鐵電中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至Flash中。

時(shí)鐘單元需自備電池，防止終端斷電后時(shí)鐘錯(cuò)誤。

遠(yuǎn)程通信模塊用來(lái)與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息交互，將檢測(cè)結(jié)果以及異常信息等及時(shí)傳送給數(shù)據(jù)中心。

人機(jī)交互界面則用于現(xiàn)場(chǎng)顯示和設(shè)置。

CPU是32位ARM硬件平臺(tái)，自帶12bitA/D采集，采集時(shí)間5μs。采集結(jié)束后CPU對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理。

2.2 軟件方案

軟件主要流程如圖2所示，系統(tǒng)初始化之后，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、脈沖計(jì)數(shù)、脈沖檢測(cè)的循環(huán)。

圖2 程序流程

2.2.1 采集數(shù)據(jù)

5μs采集1個(gè)點(diǎn)，采集10個(gè)點(diǎn)后除去一個(gè)z大值和一個(gè)z小值，然后計(jì)算平均值。采集值≤（0.3×脈沖基準(zhǔn)幅值），計(jì)1；采集值≥（0.7×脈沖基準(zhǔn)幅值），計(jì)2；其他情況計(jì)0。采集一個(gè)有效數(shù)據(jù)所需時(shí)間為10×5μs=50μs，1s可采集20000個(gè)有效數(shù)據(jù)。每分鐘對(duì)上述檢測(cè)為2的電壓值取平均計(jì)算脈沖幅值，對(duì)所有電壓值取平均計(jì)算脈沖平均值，安裝調(diào)試完成后需保存脈沖幅值和平均值的基準(zhǔn)值。

2.2.2 脈沖計(jì)數(shù)

由于數(shù)據(jù)處理時(shí)間為1s，與渦街流量計(jì)的輸出脈沖周期可能不一致。每秒采集時(shí)有些脈沖可能被截?cái)?，為了避免少?jì)脈沖，需要對(duì)脈沖進(jìn)行處理。將上一秒z后一段連續(xù)為2的數(shù)字段及之后所有的數(shù)字與本次數(shù)據(jù)合并，一起進(jìn)行處理。為避免多計(jì)脈沖，對(duì)本次z后一段連續(xù)為2及之后所有的數(shù)字不做處理，留待下一秒處理。

脈沖統(tǒng)計(jì)時(shí)，遍歷數(shù)據(jù)記錄，找出并記錄每段連續(xù)為2的數(shù)字段中的2的數(shù)量和整條數(shù)據(jù)記錄中為2的數(shù)字段的總段數(shù)；取出一段數(shù)據(jù)段，記為基準(zhǔn)對(duì)比段，用其他數(shù)據(jù)段中數(shù)字2的數(shù)量與之對(duì)比，記錄兩段數(shù)字2數(shù)量的差值在3個(gè)之內(nèi)的總段數(shù)，然后用每一段數(shù)據(jù)段為基準(zhǔn)對(duì)比段，重復(fù)本次操作；找到差值在3個(gè)之內(nèi)的個(gè)數(shù)z多的數(shù)據(jù)段，先將此段與所有差值在3個(gè)之內(nèi)的數(shù)據(jù)段都計(jì)一個(gè)有效脈沖，并對(duì)這些數(shù)據(jù)段中2的數(shù)量做平均，平均值作為基準(zhǔn)數(shù)量并以此計(jì)算脈沖周期，然后對(duì)不滿足差值為3的數(shù)據(jù)段進(jìn)行處理。處理方法如下：

a.如果數(shù)據(jù)段中2的數(shù)量少于基準(zhǔn)數(shù)量但落在應(yīng)為高電平的時(shí)間段內(nèi)認(rèn)為是一個(gè)有效脈沖，否則認(rèn)為是干擾信號(hào)；

b.如果數(shù)據(jù)段中2的數(shù)量多于基準(zhǔn)數(shù)量，先判斷這些數(shù)據(jù)段落在多少個(gè)周期內(nèi)，有多少個(gè)周期計(jì)多少個(gè)有效脈沖。

得出有效脈沖后，對(duì)上述所有有效脈沖的周期進(jìn)行判斷，判斷和相鄰的數(shù)據(jù)段是否落在相同周期內(nèi)。如果相同，則應(yīng)減去相同周期的個(gè)數(shù)，z終得出有效脈沖總數(shù)，即為這一秒的脈沖數(shù)。

2.2.3 脈沖檢測(cè)http://www.9av99.com/st264265/list_838244.html

脈沖檢測(cè)包括電壓值對(duì)比和流量的保存與對(duì)比兩部分。

每分鐘對(duì)上述檢測(cè)為2的電壓值取平均，與初始記錄的每分鐘幅值對(duì)比，如果當(dāng)前幅值介于初始幅值的0.85～1.15倍之間，認(rèn)為脈沖幅值正常，否則記一次異常，連續(xù)5次異常，則認(rèn)為脈沖幅值異常；每分鐘對(duì)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(duì)比，如果當(dāng)前均值介于初始均值的0.85～1.15倍之間，認(rèn)為脈沖均值正常，否則記一次異常。連續(xù)5次異常，則認(rèn)為脈沖均值異常。

設(shè)備保存一年的流量記錄，每秒流量計(jì)量出來(lái)之后與一年前同期的流量對(duì)比，如果變化不多，則用當(dāng)前流量值替換前一年的流量值。如果變化較大，計(jì)一次流量異常。連續(xù)3min流量異常，則認(rèn)為流量異常。流量異常時(shí)暫不替換前一年流量，待人工確認(rèn)。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。

該方法檢測(cè)脈沖式渦街流量計(jì)的脈沖數(shù)量，通過(guò)軟、硬件二次濾波可有效濾除干擾脈沖，保證檢測(cè)準(zhǔn)確。通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)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(jì)的工作狀態(tài)，確保脈沖式渦街流量計(jì)工作在z佳狀態(tài)，保證系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。發(fā)現(xiàn)異常情況后，及時(shí)進(jìn)行提示，可確保各方的合法利益不受侵害。

（文章來(lái)源：銘宇自控http://www.9av99.com/st264265/list_838244.html）

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