摘要:傳統的渦(wo)街流量計 對管徑雷諾(nuo)數Rep<104時的(de)流量(liang)不能測量(liang),且儀(yi)表(biao)的(de)耐展(zhan)性差,遇(yu)到(dao)安裝(zhuang)地點(dian)晨動(dong)或管(guan)道振動的場合(he),則測量結(jie)果經(jing)常失(shi)真(zhen)，不(bu)能保證準(zhun)确,并且儀(yi)表的安裝(zhuang)條件(jian)苛刻。文中介紹(shao)了基(ji)于(yu)電(dian)磁檢(jian)測法(fa)的電礅渦(wo)街流(liu)量計的原(yuan)理、設計(ji)及(ji)如何(he)克服(fu)上述缺點(dian)的舉措。
　　自從1969年(nian)第一台渦(wo)街流量計(ji)問(wen)世以來(lai),由于可(ke)以測量氣體(ti)、液體和蒸(zheng)汽的(de)流(liu)量(liang),而且(qie)結構(gou)簡單、範圍(wei)度寬、壓力(li)損失(shi)低、輸(shu)出信号和(he)流量呈線性關系、價格适(shi)中,使(shi)得渦(wo)街(jie)流量計(ji)的發展(zhan)異(yi)常迅(xun)速,市(shi)場占(zhan)有率(lü)上升(sheng)到流(liu)量儀(yi)表的(de)10%以上(shang)。渦街(jie)流量(liang)計(ji)在工業(ye)應用中仍(reng)然存(cun)在以(yi)下(xia)問題:
(1)抗(kang)幹擾性差,尤其對管(guan)道(dao)振(zhen)動敏(min)感,影(ying)響測(ce)量結(jie)果;
(2)渦街流量計(ji)是速度(du)式(shi)儀表(biao),流體在管道流(liu)動時的(de)分(fen)布畸(ji)變會(hui)影(ying)響漩渦(wo)的形(xing)式(shi)，要求在(zai)流量(liang)計的上遊(you)至少(shao)安裝(zhuang)10D(D爲管(guan)道直(zhi)徑(jing))長(zhang)度的(de)直管段，下(xia)遊則(ze)有5D的(de)直(zhi)管段;
(3)測(ce)量時(shi),被測(ce)流體(ti)必須(xu)滿足Rep≥2X104才能(neng)産生穩定(ding)的漩(xuan)禍。
1測(ce)量原(yuan)理
　　如(ru)圖1所示，電磁渦(wo)街流(liu)量計由二(er)部分(fen)組成(cheng):轉換顯示(shi)電路(lu)(上部(bu))和流量(liang)傳感器(下部(bu))。流量傳感(gan)器主要由(you)漩渦發生(sheng)體、信号電(dian)極、永久(jiu)磁(ci)鐵、殼(ke)體組(zu)成(cheng)。渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的工(gong)作原理(li)如圖2所(suo)示。
　　被(bei)測流(liu)體流(liu)經漩渦(wo)發生體(ti)時，當(dang)流量(liang)增大(da)到一(yi)定程度時(shi),流體會在(zai)漩渦(wo)發生體兩側産(chan)生交替變(bian)化的(de)兩列漩渦。當兩(liang)列漩渦的(de)距離(li)h滿足(zu)公式h=1.3b時,産(chan)生的(de)漩渦(wo)是穩定的(de)。單(dan)列漩渦(wo)的頻率和流體(ti)流速(su)之(zhi)間呈下(xia)列關(guan)系(xi):
 
　　式(shi)中,v1爲(wei)漩渦發(fa)生(sheng)體兩(liang)側平均(jun)流(liu)速,m/s;b爲(wei)漩渦發生(sheng)體迎(ying)流面(mian)的(de)最(zui)大寬(kuan)度,m;St爲斯特(te)勞哈(ha)爾數,當雷(lei)諾數(shu)ReD≥2X104,漩渦(wo)發(fa)生(sheng)體和(he)管徑(jing)尺(chi)寸确定(ding)後,是(shi)一(yi)常(chang)數。将(jiang)式(1)整(zheng)理(li)得
 
　　當渦(wo)街流量(liang)計的柱(zhu)寬比b/D=0.28時(shi)，經(jing)計算(suan)漩渦(wo)發生體兩(liang)側的流(liu)通面積(ji)S1爲
 
　　由(you)式(shi)(4)知，對于(yu)已确定口(kou)徑的(de)流量計,b、D固定。在(zai)一定(ding)的(de)流(liu)量範圍内St是常數,所(suo)以K爲一常數;則(ze)單列(lie)漩渦(wo)的頻(pin)率ƒ和流(liu)量(liang)qv成正比，隻(zhi)要檢測出(chu)漩渦(wo)的頻(pin)率數就可以知道被(bei)測流體的(de)流量(liang)大小(xiao)。
　　由圖(tu)1可以(yi)看出,在滿(man)渦發生體的下(xia)遊有(you)--處在(zai)磁(ci)場中心(xin)的電(dian)極,振動漩(xuan)渦列向(xiang)下(xia)遊移動時作用于信(xin)号電極上(shang),使信(xin)号電極産生和(he)漩渦頻(pin)率(lü)相同(tong)頻率(lü)的(de)振(zhen)動。由(you)電磁感應(ying)定律(lü),信号(hao)電極在磁(ci)場中(zhong)作切割磁(ci)力線運動(dong),信号(hao)電極會産(chan)生感(gan)應電動勢。
 
　　式中(zhong),Ex爲感(gan)應(ying)電(dian)動勢,V;B爲磁(ci)感應強度(du),T;d爲信号電(dian)極直(zhi)徑,m;V2爲(wei)信号(hao)電極(ji)切割(ge)磁力(li)線速度,m/s。
　　流(liu)體流經漩(xuan)渦發生體産生(sheng)交替(ti)變化(hua)的遊(you)渦,湔渦(wo)作(zuo)用于(yu)信号(hao)電極.上産(chan)生感應(ying)電(dian)勢Er,其(qi)極性也(ye)随漩渦(wo)的交替變(bian)化而(er)變化(hua),Ex變(bian)化頻率(lü)就是漩渦的頻(pin)率。因(yin)此,隻要測(ce)出信号(hao)電極輸(shu)出的感(gan)應電勢(shi)Ex,就可知道流體(ti)的體積流量qv。
2傳(chuan)感器的研(yan)制
2.1傳(chuan)感器(qi)殼體(ti)設計(ji)
(1)采用了漸縮測量導管經一角(jiao)度漸縮(suo)爲(wei)管道直徑(jing)的(de)4/5,傳感器(qi)本體經這(zhe)樣設(she)計後(hou),在(zai)流量不(bu)變的條件(jian)下，流(liu)過傳(chuan)感器的流(liu)速增加(jia),管徑雷諾數(shu)Re增加，解決(jue)了拓寬(kuan)測(ce)量下限的(de)矛盾。從流(liu)體的(de)連續性方程可(ke)得(de)
 
　　式中,S爲(wei)管道内(nei)截(jie)面積(ji)，m2;v爲流經管道内(nei)截面的平(ping)均流(liu)速，m/s;S1爲(wei)流體(ti)流經(jing)有漸縮(suo)測(ce)量導管的(de)漩渦發生(sheng)體處的流通截(jie)面積(ji),m2則(ze)
 
　　上(shang)式說(shuo)明，流經(jing)傳感器的流(liu)體(ti),流速大(da)大增加了(le),在被(bei)測量(liang)流體(ti)的其(qi)它條件不變的(de)條件(jian)下。管徑雷(lei)諾數數值(zhi)有很大的(de)改變(bian),經過(guo)計算可(ke)将(jiang)流體(ti)的雷諾(nuo)數下限(xian)從2X104降到2080,從(cong)而大大加(jia)寬了電磁(ci)渦街(jie)流量(liang)計的量程(cheng)比(bi)。經(jing)現場(chang)實驗(yan),電磁(ci)渦街(jie)流量計的(de)量程(cheng)比爲(wei)25:1。
(2)電(dian)磁(ci)渦街流量(liang)傳感(gan)器的(de)漩渦發生體在(zai)三角柱的基礎(chu)上做了(le)改進，将漩渦(wo)發生(sheng)體迎(ying)流面(mian)、背(bei)流(liu)面設計成和梯(ti)形柱(zhu)具有相同(tong)外接(jie)圓的(de)圓(yuan)柱(zhu)面。漩(xuan)渦發生體的迎(ying)流面(mian)設計成圓(yuan)柱面(mian)，從(cong)而(er)具有(you)圓柱(zhu)型漩(xuan)渦發(fa)生體St較大(da)的優(you)點,在(zai)管徑和迎(ying)流面寬度(du)相同(tong)的條(tiao)件下，流過(guo)相同體積(ji)的流體時(shi),漩(xuan)渦發生(sheng)體可以産(chan)生更多的(de)漩禍，使渦(wo)街流量計(ji)可以測量(liang)比(bi)較小的(de)流量,拓寬了流量測(ce)量下限。
　　渦(wo)街流量計是速(su)度式(shi)流量計,它(ta)是以測(ce)量(liang)流體(ti)流經管道(dao)的平(ping)均流(liu)速爲測量依據的(de)儀(yi)表。當(dang)流體流(liu)經漩渦(wo)發生(sheng)體時，産生(sheng)的漩渦(wo)容(rong)易受(shou)到傳(chuan)感器(qi)上遊(you)側局(ju)部(bu)阻(zu)力件的影響(xiang),尤其是(shi)流體流經(jing)管道産生(sheng)分(fen)布型畸(ji)變時，産(chan)生的謙(qian)渦質(zhi)量将受到(dao)破壞，因此(ci)安裝(zhuang)渦街流量計時(shi)，上遊(you)側(ce)至少要(yao)有10D長(zhang)度的直管(guan)段(一般(ban)爲20D直管(guan)段長(zhang)度),下(xia)遊側(ce)要有5D長(zhang)度(du)的直管段(duan)。電(dian)磁渦街(jie)流量計本(ben)體經過上(shang)述巧妙設(she)計後,可将上遊(you)側直管段長度(du)要求(qiu)縮(suo)短(duan)到6D,下遊側(ce)直管段長(zhang)度3D。
2.2轉換(huan)電(dian)路設(she)計
　　電磁(ci)渦(wo)街流(liu)量計(ji)的(de)轉換電(dian)路的(de)任務是把(ba)流量傳感器輸(shu)出的(de)感應電動(dong)勢信号(hao)轉換成瞬時(shi)流(liu)量、累積(ji)流量和标(biao)準頻率信号輸出。電(dian)磁檢測(ce)的(de)渦街(jie)流量(liang)計轉換電(dian)路結構框圖如(ru)圖3所(suo)示。
 
　　轉換電(dian)路工(gong)作過(guo)程是(shi):被測(ce)流(liu)體流經(jing)電磁流量(liang)傳感(gan)器,産(chan)生(sheng)漩渦,交(jiao)替變化(hua)的(de)漩渦(wo)推動(dong)信号電極(ji)在磁場中切割磁力(li)線(xian),從而産(chan)生感(gan)應電(dian)勢Ex,微弱的(de)感應(ying)電勢(shi)信号Ex經前(qian)置放(fang)大、交(jiao)流放大和(he)低通濾(lü)波(bo),然後(hou)由施密特獨發(fa)器整形爲(wei)标準頻率脈沖,此信(xin)号進入微處理(li)器CPU,進(jin)行各(ge)種運(yun)算,再經(jing)液(ye)晶顯(xian)示器(qi)顯示(shi)瞬時(shi)流量、累積流量等。爲(wei)防(fang)止儀表(biao)掉電，在電(dian)路中設計了(le)掉電保(bao)護裝(zhuang)置(zhi)。爲(wei)降低(di)功耗(hao),提高轉換(huan)電路的(de)抗幹擾功能,轉(zhuan)換電路(lu)所有的(de)集(ji)成電路均采用微功(gong)耗器(qi)件(jian)[2],電(dian)源采用電(dian)池供電,使(shi)得儀表小(xiao)巧美(mei)觀。其(qi)主要特點(dian)是:
(1)采(cai)用(yong)電磁檢測漩(xuan)渦的頻率(lü),避開(kai)了(le)檢(jian)測漩(xuan)禍升(sheng)力的方法(fa),耐振動性(xing)好,消(xiao)除了(le)三維(wei)方向(xiang)上的(de)振動(dong)幹擾，現場實(shi)驗也充(chong)分證明(ming)了這一優點(dian)。
(2)電(dian)磁渦街(jie)流量傳感(gan)器的激磁(ci)裝置采用(yong)永久磁鐵(tie)。轉換(huan)電路(lu)由于采用(yong)了一(yi)系列(lie)的低(di)功耗(hao)設計(ji)方法(fa),因而可(ke)采(cai)用電(dian)池供(gong)電,不(bu)需要(yao)交流(liu)電(dian)源(yuan),直接(jie)消除(chu)了因交流(liu)供電(dian)而引(yin)入的(de)工頻幹(gan)擾，抗幹(gan)擾能力強(qiang)。
3應用
　　由于電磁(ci)法檢(jian)測漩(xuan)渦(wo)頻率的(de)電磁(ci)渦(wo)街流量(liang)計具有範(fan)圍度(du)寬、耗(hao)電少、壽命(ming)長、抗(kang)振性好、安(an)裝條(tiao)件(jian)要求寬(kuan)松的(de)優點(dian)，因而(er)應用(yong)範(fan)圍(wei)比較(jiao)廣。現已經研推出DN15一(yi)DN200系(xi)列，DN40的測(ce)量精(jing)度可達0.8%，可用于測量大部(bu)分的氣(qi)體(ti)、液體(ti)流量(liang)，适用于.複(fu)雜的化工(gong)生産環境(jing),适用(yong)溫度(du)範圍可達-40℃~250℃,可以(yi)準确(que)測量雷諾(nuo)數大于3000的(de)液體(ti)流量(liang)。本流(liu)量計(ji)屬于無空洞設(she)計,具(ju)有避免肮(ang)髒介質堵(du)塞的(de)優點(dian),适用(yong)于污(wu)水的測量(liang)。在通(tong)訊方(fang)面,本流量(liang)計采(cai)用了(le)HART通訊協議(yi)，可(ke)進行遠(yuan)程通訊。

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