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關(guān)于BURKERT流量計(jì)測量過程中噪聲產(chǎn)生的影響

更新時(shí)間:2019-05-17   點(diǎn)擊次數(shù):1001次

    關(guān)于BURKERT流量計(jì)測量過程中噪聲產(chǎn)生的影響
    BURKERT流量計(jì)的測量通道是段光滑的直管段,不會堵塞,非常適用于測量含有固體的固液兩相流體, 且電磁流量計(jì)在檢測時(shí)不會帶來壓力等外力作用,所以節(jié)能效果。 電磁流量計(jì)采用法拉電磁感應(yīng)定律作為設(shè)計(jì)原理, 測量的體積流量基本上不受流體的密度、溫度、壓力、粘度和電導(dǎo)率變化的明顯影響,且其口徑范圍選擇余地大,流量測量范圍寬,也可用于測量具有腐蝕性的液體。
    BURKERT流量計(jì)在測量液體時(shí), 兩個(gè)電與被測液體相接觸,這樣可以更準(zhǔn)確地測量由于外加激勵(lì)而產(chǎn)生的電荷偏移。 流速為V 的流體在外加磁場的情況下,切割磁力線,向兩個(gè)電方向移動,形成電勢差 E 。 但是在接觸過程中,被測液體中混合的大小不均的固體顆粒在流體運(yùn)動中,隨機(jī)的沖撞電,使得輸出信號出現(xiàn)頻繁的跳動,這種現(xiàn)象叫做漿狀流體噪聲,即漿液噪聲 。
    BURKERT流量計(jì)漿液內(nèi)部含有的紙漿或砂漿等大小不均的固體顆粒,漿液流動時(shí),這些顆粒會沖撞到電磁流量計(jì)的測量電上,使得測量電產(chǎn)生個(gè)突變信號, 的突變信號擾亂了正常的測量信號,原本應(yīng)該平滑的感應(yīng)電勢疊加上噪聲,使得流量測量產(chǎn)生偏差。
    將漿液噪聲從流量信號里抽離出來, 并從頻域的角度分析可知,漿液噪聲的功率譜密度符合 1/f 噪聲特性,即信號的功率譜能量分布和頻率成反比。 功率譜分析表明漿液噪聲的頻率分布很寬,干擾的增益隨著頻率的升高而降低。圖 1 為不含流量信號的漿液噪聲時(shí)域圖及其對應(yīng)的功率譜密度圖。
   1、對于 BURKERT流量計(jì)噪聲的研究,現(xiàn)階段常用的有兩種方法:種是,產(chǎn)生隨機(jī)白噪聲,再把白噪聲通過個(gè)高通濾波器,經(jīng)過濾波的噪聲可以近似看作是 1/f 噪聲;另種是,用狀態(tài)機(jī)的方法經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算得到,或者用種需要復(fù)雜方法的模型得出 1/f噪聲。
    2、BURKERT流量計(jì)噪聲在很多自然系統(tǒng)中都有出現(xiàn),近些年來越來越多的人都試圖用數(shù)學(xué)分析的方法解釋這種現(xiàn)象, 但是所有的研究都還未達(dá)成統(tǒng),但是有個(gè)共性是*的,下面是本文對 1/f 的種解釋。
    設(shè)在段時(shí)間內(nèi)( t>0 ),漿液顆粒沖撞電產(chǎn)生的噪聲電壓值的大小與沖撞電的顆粒的大?。黧w濃度)、力度(流體速度)、幾何形狀有關(guān),假定將漿液顆粒分化為、形狀統(tǒng)的質(zhì)點(diǎn),漿液顆粒沖撞電產(chǎn)生的噪聲電壓值正比于質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量,即在某時(shí)刻 t ,產(chǎn)生的噪聲值的幅值用質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量來描述。則漿液沖撞電的隨機(jī)過程為計(jì)數(shù)過程,若 N ( t )表示時(shí)刻t 為止累計(jì)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)量,則此過程滿足以下條件:
    BURKERT流量計(jì)由此可知,漿液沖撞電產(chǎn)生的噪聲,符合泊松過程,定義為
    其中 t<0 時(shí), N ( t ) =0 。 將其做傅里葉變換,可得:
    其中, K 是與流速、濃度以及漿液顆粒形狀有關(guān)的系數(shù); 是表征噪聲 1/f 特性的系數(shù),通常 1<<2 ; S 為噪聲序列中噪聲頻率 f 的統(tǒng)計(jì)幅值; T 是漿液顆粒沖撞電的間隔時(shí)間。
    假設(shè) y=log 10 S , b=log 10 K , kX=*log 10 T ,則統(tǒng)計(jì)功率譜在對數(shù)坐標(biāo)系下,可將漿液噪聲等效成 Y=b+kX 。 Y 正比于統(tǒng)計(jì)幅值, b 正比于流速和濃度, k 為漿液固有系數(shù),表征不同種類的漿液。
    漿液噪聲的幅值 V A 符合高斯分布,且高斯分布的均值 μ 和方差 σ 與 b 和 k 有關(guān)。 即高斯分布的均值增大,等效直線斜率增大,截距減?。桓咚狗植嫉姆讲钤龃?,等效直線斜率減小,截距增大;幅值倍數(shù)增大,截距增大[ 10 ] 。
    4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    BURKERT流量計(jì)根據(jù)以上關(guān)系,設(shè)計(jì)種漿液噪聲 M slurry ,此噪聲由功率譜統(tǒng)計(jì)特性擬合的直線符合斜率為 k=-1.9 ,截距為 b=-52 。 噪聲各頻段斜率相近,整體波形隨機(jī)曲折。
    5 結(jié)束語
    通過分析漿液噪聲,可以得到以下結(jié)論:
    1 )根據(jù)漿液噪聲的頻譜特性的分析,此模型可用于在定頻譜范圍內(nèi)近似代替實(shí)際漿液噪聲;
    2 )漿液噪聲在對數(shù)坐標(biāo)下,呈現(xiàn) 1/f 的特性,濃度增加或者流速增加,曲線上移,濃度下降或者流速降低,曲線下移;低頻噪聲能量高于高頻噪聲,高頻段比低頻段豐富。
    是目前使用較為頻繁的自來水流量測量儀表,是結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便;外形尺寸相對較?。欢雀?;重復(fù)性;范圍度寬可達(dá)到15∶1~25∶1,在高壓輸氣的情況下,范圍度還可進(jìn)步增大;其輸出為脈沖頻率信號,因此在同可編程流量顯示表配用時(shí),容易得到較低的系統(tǒng)不確定度。
    BURKERT流量計(jì)其不足之處是渦輪高速轉(zhuǎn)動,軸承與軸之間機(jī)械摩擦,壽命不很長,因此應(yīng)注意潤滑,可利用制造廠所提供的潤滑手段,定期補(bǔ)給潤滑油。另外,高速流動的氣體中如果含有較大的固體顆粒,很容易將渦輪葉片打壞,因此,渦輪流量計(jì)前的管道上應(yīng)加裝過濾器。
    三、BURKERT流量計(jì)些小型自來水配氣站的流量計(jì)產(chǎn)品,其具有工作溫度范圍寬;范圍度大;雷諾數(shù)在定范圍內(nèi),不受流體溫度、壓力、密度和黏度影響;適用性強(qiáng),除含有較大顆?;蜉^長纖維雜質(zhì)外,般不需裝過濾器;對上下游直管段要求較低,取上游4D和下游2D直管段即可;輸出頻率同體積流量成線性關(guān)系。
    BURKERT流量計(jì)其不足之處是壓損較大,其次,旋進(jìn)旋渦流量計(jì)屬流體振動式流量計(jì),對于管道振動和電磁干擾較敏感,所以只能在振動較小、無電磁干擾的環(huán)境中使用。
    四、BURKERT流量計(jì)目前般在工礦企業(yè)的自來水內(nèi)部考核和能源消耗的計(jì)量應(yīng)用較多,其有著整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,動態(tài)測量范圍寬,壓力損失小;儀表主體可采用不銹鋼材質(zhì)制造,適用于腐蝕性介質(zhì)的測量;儀表無可動部件,安裝維護(hù)簡單;現(xiàn)場液晶顯示,脈沖、4~20mA輸出或485串行通訊接口,可與工業(yè)自動化系統(tǒng)連接等諸多。
    其大的缺點(diǎn)就是特點(diǎn)怕振動,怕電磁干擾。
    五、BURKERT流量計(jì)的準(zhǔn)確度不僅同流速有關(guān),而且同儀表口徑有關(guān)。對于小口徑儀表,由于聲道長度較短,在紊流氣體中測量聲波傳播時(shí)間比較困難,因此小口徑氣體超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確度較難提高。

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