КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, УПРАВЛЕНИЕ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКА
Войти на сайт | Регистрация
УДК 681.2
Вихревой метод измерения расхода: история вопроса и направления исследований
Лапин Андрей Павлович, канд. техн. наук, доцент кафедры информационно-измерительной техники, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск), a_lapin@mail.ru
Дружков Александр Михайлович, аспирант кафедры информационно-измерительной техники, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск), sandruzh@gmail.com
Кузнецова Кристина Витальевна, магистрант кафедры информационно-измерительной техники, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск), kristi.kuznetsova@gmail.com
Аннотация
Статья посвящена вихревому методу измерения расхода. Расходомеры, основанные на использовании явления вихреобразования за телом обтекания, играют важную роль в мировом бизнесе измерения расхода. Представлена информация об истории возникновения вихревого метода измерения расхода, начиная с наблюдений Леонардо да Винчи в XV в., до момента создания первого коммерческого вихревого расходомера в 1967 г. Описаны физические основы явления вихреобразования и принцип работы вихревого расходомера на примере расходомера с ультразвуковым датчиком. На основе анализа научной литературы были систематизированы задачи, с которыми сталкивались исследователи в процессе конструирования расходомеров. Авторами дана оценка результатов исследований в данной области, а также рассмотрена возможность применения этих результатов для улучшения метрологических характеристик вихреакустических расходомеров. В качестве перспективных направлений были отмечены исследования по применению статистических и алгоритмических методов обработки информации в расходометрии.
Ключевые слова
вихревой расходомер, вихреакустический расходомер, вихревая дорожка Кармана
Литература
1.Venugopal, A. Review on vortex flowmeter – designer perspective / A. Venugopal // Sensors and Actuators. – 2011. – Vol. 170. – P. 8–23.
2. Лапин, А.П. Выбор модели функции преобразования вихреакустических расходомеров / А.П. Лапин, А.М. Дружков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии управление, радиоэлектроника». – 2012. – Вып. 17, № 35 (294). – С. 161–164.
3. Лапин, А.П. Выбор и исследование двухфакторной модели функции преобразования вихреакустических расходомеров / А.П. Лапин, Дружков А.М. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии управление, радиоэлектроника». – 2013. – Т. 13, № 3.– С. 4–12.
4. Лапин, А.П. Анализ зависимости числа Струхаля в уравнении измерения вихреакустического расходомера / А.П. Лапин, А.М. Дружков, К.В. Кузнецова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии управление, радиоэлектроника». – 2013. – Т. 13, № 4.– С. 70–77.
5. Pankanin, G.L. The vortex flowmeter: various methods of investigating phenomena / G.L. Pankanin // Measurement science and technology. – 2005. – No. 16. – R1–R16.
6. Strouhal, V. Über eine besondere Art der Tonerregung / V. Strouhal // Annalen der Physik und Chemie. Neue Folge. –1878. – Bd. V. – S. 216–251.
7. Стретт, Дж. У. Теория звука: в 2 т. / Дж. У. Стретт; пер. с англ. Н. Успенского. – М.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1955. – Т. 1. – 504 с.
8. Von Karman, T. Über den Mechanismus des Widerstandes, den ein bewegter Körper in einer Flussigkeit erzeugt / T. von Karman // Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse. – 1911. – P. 509–517.
9. Yamasaki, H. The vortex flowmeter / H. Yamasaki, M. Rubin // Flow Measurement and Control in Science and Industry (USA). – 1974 – P. 975–983.
10. Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики количества: справ. / П.П. Кремлевский. – Л: Машиностроение, 2004 – 701 с.
11. Miller, R.W. A vortex flowmeter – calibration results and application experience / R.W. Miller, J.P. De Carlo, J.T. Cullen // Proc. Flow-Con, Brighton, UK. – 1977. – P. 549–570.
12. Lomas, D.J. Vortex flowmetering challenges the accepted techniques / D.J. Lomas // Control & Instrumentation. – 1975.
13. Igarashi, T. Fluid flow around a bluff body used for a Karman vortex flowmeter / T. Igarashi // Proc. of International Symposium on Fluid Control and Measurement FLUCOME TOKYO'85. – 1985. – P. 1017–1022.
14. Igarashi, T. Flow characteristics around a circular cylinder with a slit. I-Flow control and flow patterns / T. Igarashi // JSME International Journal. Series B. – 1978. – Vol. 21. – P. 656–664.
15. Olsen, J.F. Vortex shedding behind modified circular cylinders / J.F. Olsen, S. Rajagopalan // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2000. – Vol. 86, no. 1. – P. 55–63.
16. Pankanin, G.L. Sensitivity of vortex meter characteristics on bluff body design / G.L. Pankanin // Proc. of Fourth Triennial International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization FLUCOME'94. – 1994. – P. 893–898.
17. El Wahed, A.K. The influence of shedder shape on the performance of the electrostatic vortex flowmeter / A.K. El Wahed, J.L. Sproston // Flow Measurement and Instrumentation. – 1991. – Vol. 2, no. 3. – P. 169–179.
18. Benson, R.A. The optimization of blockage ratio for optimal multiple bluff body vortex flowmeters / R.A. Benson, J.P. Bentley // Proc. 4th Int. Symp. on Fluid Control, Fluid Measurement and Visualization FLUCOME’94 (Toulouse, France, 29 August – 1 September 1994). – 1994. – P. 887–891.
19. Bentley, J.P. The development of dual bluff body vortex flowmeters / J.P. Bentley, R.A. Benson, A.J. Shanks // Flow Measurement and instrumentation. – 1996. – Vol. 7, no. 2. – P. 85–90.
20. Bentley, J.P. Vortex shedding mechanisms in single and dual bluff bodies / J.P. Bentley, J.W. Mudd // Flow Measurement and instrumentation. – 2003. – Vol. 14, no. 1. – P. 23–31.
21. Takamoto, M. A vortex ring shedding flowmeter / M. Takamoto, K. Komiya // Proc. IMEKO IX Congress (Berlin, Germany). – 1982. – P. 156–165.
22. Miau, J.J. Axisymmetric-type vortex shedders for vortex flowmeters / J.J. Miau, M.T. Hsu // Flow Measurement and Instrumentation. – 1992. – Vol. 3, no. 2. – P. 73–79.
23. Vortex shedding flowmeter and ultrasound detection: signal processing and influence of bluff body geometry / V. Hans, G. Poppen, E. von Lavante, S. Perpeet // Flow Measurement and Instrumentation. – 1998. – No. 9. – P. 79–82.
24. Volker, H. Comparison of pressure and ultrasound measurements in vortex flow meters / H. Volker, H. Windorferb // Measurement. – 2003. – No. 33. – P. 121–133.
25. Pankanin, G.L. Comparison of characteristics of vortex meters with various bluff bodies / G.L. Pankanin, D.S. Goujon // Proc. Int. Metrology Congress. – 1993.
26. Cousins, T. A linear and accurate flowmeter using vortex shedding / T. Cousins, S.A. Foster, P.A. Johnson // Proc. Power Fluid for Process Control Symposium, Inst. Measurement and Control, Guildford, UK. – 1973. – P. 45–56.
27. Вихревые расходомеры digitalYEWFLO Компании «Иокогава». – http://www.rsk-k.ru/journals.html.
28. Chen. J. Vortex signal processing method with dual channel / J. Chen, K. Min, L. Zhong // Chinese Control and Decision Conference (CCDC). – 2011. – P. 2833–2837.
29. Ghaoud, T. Modeling and tracking a vortex flow-meter signal / T. Ghaoud, D.W. Clarke // Flow Measurement and Instrumentation. – 2002. – Vol. 13, no. 3. – P. 103–117.
30. Poremba, A. Robust vortex flowmeter based on a parametric frequency estimator / A. Poremba, F. Blischke // Industrial Electronics, Control, Instrumentation, and Automation, Power Electronics and Motion Control., Proceedings of the International Conference on San Diego. – 1992. – No. 3 – P. 1541– 1544.
31. Adaptive frequency measurement (AFM) for vortex flowmeter signal / M. Jianbo, L. Zu, D. Liang, X. Liang // Industrial Electronics, Proceedings of the IEEE International Symposium. – 1992. – No. 2 – P. 832–835.
32. Applied digital signal processing systems for vortex flowmeter with digital signal processing / Ke-Jun Xu, Zhi-Hai Zhu, Yang Zhou et al. // Review of Scientific Instruments. – 2009. – Vol. 80, no. 2.
33. Павлов, А.Н. Частотно-временной анализ нестационарных процессов: концепция вайвлетов и имперических мод / А.Н. Павлов, А.Е. Филатова, А.Е. Храмов // Известия вузов «ПНД». – 2011. – № 2 – C. 141–156.
34. Hongjun, Sun. Digital signal processing based on wavelet and statistic method for vortex flowmeter / Hongjun Sun, Tao Zhang, Hua-Xiang Wang // Proceedings of the Third International Conference on Machine Learning and Cybernetics. – 2004. – No. 5. – P. 3160–3163.
35. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis / N.E. Huang, Z. Shen, S.R. Long et al. // Proceeding of the Royal Society A: Mathematical physical and engineering science. – 1998. – Vol. 454. – P. 903–995. – http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1998.0193.
36. De-ming, H. A Vortex Flowmeter Based on Multiprocessor Technique / H. De-ming, L. Wenjun, Zh. Yong-jun // International Conference on Networking and Information Technology. – 2010. – P. 322–325.
37. Improvement of the HHT method and application in weak vortex signal detection / D. Zheng, T. Zhang, J. Xing, J. Mei // Measurement science and technology. – 2007. – No. 18 – P. 2769–2776.
38. Sun Zhi-qiang. Application of Hilbert-Hang transformer to denoising in vortex flowmeter / Sun Zhi-qiang, Zhou Jie-min, Zhou Ping // Journal of Central South University of Technology. – 2006. – Vol. 13, no. 5. – P. 501–505.
39. Лапина, Е.А. Алгоритмы обработки информации при выборе и обосновании функции преобразования измерительных преобразователей давления для АСУ ТП: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Челябинск, 2011. – 21 с.
40. Yi, Y. An improved intelligent calibration method for vortex flowmeter / Y. Yi, W. Huifeng // American Control Conference, 2007.ACC'07. – IEEE, 2007. – P. 2927–2931.
Источник
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2014. - Том 14, №3. – C. 19-28.