摘要：爲克(ke)服液體容(rong)積式流量(liang)計的缺陷(xian)，在卡門渦(wo)街原理和(he)創❓新的基(ji)礎上,基于(yu)渦街流量(liang)傳感器 的(de)精度高液(ye)體旋渦流(liu)量計。實際(ji)應用表明(ming):該旋渦流(liu)量🌂計✏️具💯有(you)精度高、量(liang)程寬及對(dui)前後直管(guan)段要求低(di)等優點，可(ke)應⛷️用于環(huan)境🌍苛刻的(de)計量場合(he)。
　　液體流量(liang)計 主要以(yi)液體容積(ji)式流量計(ji)“爲主，如 橢(tuo)圓齒輪流(liu)量計 、螺旋(xuan)轉子流量(liang)計及羅茨(ci)流量計等(deng),其共同點(dian)是精⭕度較(jiao)高✔️且有一(yi)對轉子，系(xi)機械式流(liu)量計;但量(liang)程窄、結構(gou)👄複雜、零部(bu)件加工精(jing)度高、材料(liao)成本高、可(ke)動部件的(de)轉子易磨(mo)損、壓力損(sun)失大、易卡(ka)滞⛱️、不能計(ji)量含顆粒(li)物或結晶(jing)的液👉體、不(bu)耐高溫及(ji)不能用蒸(zheng)汽吹☔掃等(deng)缺陷，因此(ci)适用場合(he)非常有限(xian)。普通旋渦(wo)流量計指(zhi)渦街流🐉量(liang)計，但其精(jing)度很難達(da)到一-級以(yi)上,對前後(hou)直管段等(deng)安裝工藝(yi)的要求也(ye)較高,而且(qie)可測液體(ti)流速較高(gao); 渦輪流量(liang)計 結構複(fu)雜，有轉動(dong)的渦輪轉(zhuan)子和軸承(cheng)，對零部件(jian)加工精🔴度(du)要求高,也(ye)不耐高溫(wen),不能測量(liang)易結晶流(liu)體。
　　目前工(gong)業生産中(zhong)對精度高(gao)、安裝要求(qiu)低、性能可(ke)靠、适用範(fan)圍廣的高(gao)品質流量(liang)計的需求(qiu)越來越多(duo)。爲克服🏃🏻液(ye)體容積式(shi)流量計🔞的(de)缺陷,在卡(ka)門渦街原(yuan)理和技術(shu)創新的基(ji)礎上，研制(zhi)基于渦街(jie)流量傳感(gan)器🚩的液體(ti)旋渦流量(liang)計⭐。
1液體旋(xuan)渦流量計(ji)①
1.1計量原理(li)
　　液體旋渦(wo)流量計的(de)基本結構(gou)如圖1所示(shi)。測量管表(biao)體的剖視(shi)圖如圖2所(suo)示，可見其(qi)爲三段式(shi)結構。
 
　　測量管表(biao)體與流體(ti)輸送管相(xiang)連，流體流(liu)入測量管(guan)🈚表㊙️體,通過(guo)旋渦發生(sheng)體的流體(ti)分散6處沿(yan)偏角的葉(ye)片向💃前流(liu)動,并産生(sheng)繞管道中(zhong)心軸旋轉(zhuan)的脈動旋(xuan)✌️渦流繼續(xu)流動,随着(zhe)縮🈚口段的(de)減小，脈動(dong)旋渦流的(de)流速越來(lai)越大，到達(da)直管段時(shi)流速最大(da)🎯，并經直管(guan)段的二次(ci)整流後脈(mo)動流最強(qiang)、最穩定，且(qie)環.繞管壁(bi)處的流速(su)最大;此時(shi)插入安裝(zhuang)在直管段(duan)的旋渦檢(jian)測傳感器(qi)🔞檢測到旋(xuan)渦流的脈(mo)動頻率，該(gai)脈動頻率(lü)和流體流(liu)速成良好(hao)的線性關(guan)系，旋渦檢(jian)測傳感器(qi)輸出相應(ying)💯頻率的電(dian)信号到信(xin)号處理與(yu) 積算顯示(shi)儀 後進行(hang)信号處理(li)并準确計(ji)算出流體(ti)流量;計量(liang)過的💯旋渦(wo)❓流經消旋(xuan)器消旋整(zheng)流成無旋(xuan)渦的流體(ti)流往下遊(you)管道。
1.2旋渦(wo)發生體
　　旋(xuan)渦發生體(ti)的不同于(yu)三角柱或(huo)梯形柱田(tian)渦街旋渦(wo)發❄️生體,它(ta)是在-一個(ge)小直徑圓(yuan)柱體上圓(yuan)周螺旋🏃🏻分(fen)布安裝6個(ge)直葉片,6個(ge)直葉片沿(yan)圓周均勻(yun)分布且與(yu)中心軸呈(cheng)40°偏角。這種(zhong)特殊結構(gou)的旋💞渦發(fa)生體既是(shi)旋渦流的(de)發生體，又(you)具有流👨‍❤️‍👨動(dong)調整器🔴的(de)作用,因此(ci)經過該旋(xuan)渦發生體(ti)産生的旋(xuan)渦流場更(geng)穩定、更強(qiang)，旋渦流對(dui)安裝在後(hou)面的流🔞量(liang)傳感器作(zuo)用🚶‍♀️力也更(geng)大,有利于(yu)流量🔅信号(hao)的🔴檢測，也(ye)從根本上(shang)保證了流(liu)量計具有(you)良好的🤩重(zhong)複性”;此特(te)征也是作(zuo)爲液體👅旋(xuan)渦流量計(ji)的首要和(he)必要條件(jian);該結構特(te)點也使🔞該(gai)流量計不(bu)僅對安裝(zhuang)工藝要求(qiu)低，特别是(shi)對前後直(zhi)管段長度(du)的要求更(geng)低(前直管(guan)段3D~5D,後直管(guan)段1D~2D),而且🛀可(ke)以📐抑制上(shang)遊脈動流(liu)、紊流0、管道(dao)振動和流(liu)體氣穴💜的(de)幹擾,這是(shi)渦街流量(liang)計與其他(ta)速度式流(liu)量計所不(bu)具備的。另(ling)外,該部件(jian)整體采用(yong)不🏃🏻‍♂️鏽鋼材(cai)料，可耐高(gao)溫耐腐蝕(shi)。
1.3測量管表(biao)體
　　測量管(guan)表體是具(ju)有特殊結(jie)構和尺寸(cun)的三段式(shi)直☔通管，全(quan)部采用不(bu)鏽鋼制成(cheng);表體内通(tong)道形狀像(xiang)經典的文(wen)丘🐉裏管,但(dan)與其作⛷️用(yong)有本質區(qu)别，此處結(jie)構⚽不同于(yu)文丘裏管(guan)獲得上下(xia)遊符合特(te)定函數規(gui)律的壓差(cha)參🎯數，而是(shi)獲得一個(ge)适度的壓(ya)差和流體(ti)的加速作(zuo)用，起到對(dui)旋渦流體(ti)二次整流(liu)🔴的作用，二(er)次😍整流過(guo)的旋🧡渦流(liu)脈動更強(qiang),旋渦傳感(gan)器就是檢(jian)測此時的(de)旋渦流脈(mo)動。另外，此(ci)三段式流(liu)體通道的(de)壓🐪損較小(xiao),對流量計(ji)的流量特(te)性曲線有(you)調整功能(neng)，在結合大(da)量實驗數(shu)據的㊙️基礎(chu)上優化計(ji)算出一套(tao)尺寸參數(shu)，按此尺寸(cun)❌設計的流(liu)量計在較(jiao)寬的流量(liang)範🏒圍仍具(ju)有很高的(de)線性度,這(zhe)個特征是(shi)作爲流量(liang)計能保證(zheng)的關鍵;直(zhi)管段部👅分(fen)的直徑比(bi)參數的設(she)計值大于(yu)0.7,從而在滿(man)足精度要(yao)求的同時(shi)實現流通(tong)截面最大(da)化，從根本(ben).上減小工(gong)作時的壓(ya)損，後期實(shi)驗🍉驗證壓(ya)損僅爲同(tong)口徑容積(ji)式流量計(ji)♌的20%~30%，節能效(xiao)果🥵明顯;該(gai)設計也保(bao)證了整個(ge)流體管道(dao)内🌈光滑流(liu)線無死角(jiao),不會造成(cheng)堵塞及介(jie)質留存等(deng)現象🈲,可用(yong)于易結晶(jing)、含顆粒物(wu)、非🌈潔淨液(ye)體或具有(you)㊙️衛生潔淨(jing)要求的液(ye)體計量。
1.4旋(xuan)渦檢測傳(chuan)感器
　　(簡稱(cheng)傳感器),該(gai)傳感器采(cai)用高溫铌(ni)酸锂壓電(dian)晶體技術(shu)040、探頭内腔(qiang)無填充材(cai)料結構、抽(chou)真空全氩(ya)弧焊接密(mi)封技術及(ji)🚩剛性的金(jin)屬铠裝導(dao)線等新材(cai)料和新工(gong)藝技術制(zhi)成;探頭也(ye)采用不鏽(xiu)鋼材料制(zhi)成。該傳感(gan)器具備通(tong)用性、耐高(gao)溫、抗振性(xing)強和信噪(zao)比高的特(te)點，既可用(yong)于渦街流(liu)量計又可(ke)用于本流(liu)量計。旋渦(wo)檢測傳感(gan)器内部封(feng)裝的✂️壓電(dian)晶體爲居(ju)㊙️裏點溫度(du)在1200℃的铌酸(suan)锂👌單晶體(ti)🏃‍♀️,從根本上(shang)👣保證了傳(chuan)感器耐⛹🏻‍♀️高(gao)溫400℃的性能(neng);采用内部(bu)無填充結(jie)構、封裝工(gong)藝和剛性(xing)铠裝導線(xian)結構形式(shi)，保證了傳(chuan)感器具有(you)很高的信(xin)噪比和抗(kang)振性。該設(she)計也是本(ben)課題的基(ji)礎所⭕在，采(cai)用渦街流(liu)量傳感器(qi)配套方案(an)使得該流(liu)量計保留(liu)了渦街流(liu)量計全部(bu)🏃‍♀️的優點。
1.5信(xin)号處理和(he)流量積算(suan)儀
　　由于流(liu)量傳感器(qi)采用了壓(ya)電式渦街(jie)流量傳感(gan)器，所以信(xin)号變送器(qi)、流量計積(ji)算儀和 渦(wo)街流量計(ji) 的設計相(xiang)同。由信号(hao)處理和流(liu)量積算儀(yi)組成的電(dian)氣系統結(jie)構框圖如(ru)圖3所示。
 
　　渦(wo)街流量傳(chuan)感器輸出(chu)的電荷信(xin)号經電荷(he)放大器轉(zhuan)換爲電壓(ya)信号,再通(tong)過電壓放(fang)大器、低通(tong)濾波器🏃🏻和(he)電壓跟随(sui)器的濾波(bo)放💃大與整(zheng)形後輸出(chu)脈沖信♻️号(hao)進入單片(pian)機;單片機(ji)采用16位㊙️超(chao)低功耗MSP430s系(xi)列芯片,使(shi)得該流量(liang)計具有雙(shuang)電源供電(dian)功能,輸出(chu)信号有⛱️三(san)線制脈沖(chong)、兩/三線制(zhi)4~20mA電🏃流兩種(zhong),還具👉有RS485通(tong)信功能等(deng),充分滿足(zu)各♈種工業(ye)計量場合(he)的需求。
2測(ce)試與應用(yong)
　　評定流量(liang)計性能指(zhi)标主要有(you)4個參數:K系(xi)數、量程比(bi)、重複性和(he)精度等級(ji)。其中,K系數(shu)是指一個(ge)測量周期(qi)内,流量計(ji)🐪輸出的脈(mo)沖數與流(liu)過流量計(ji)的相應流(liu)🈚體總體積(ji)之比,每台(tai)流量計都(dou).有一個對(dui)應的平均(jun)K系數,一般(ban)都是通過(guo)實流标定(ding)得出的;量(liang)程比是指(zhi)流量計可(ke)測最大流(liu)量值與最(zui)小流量值(zhi)的比值;重(zhong)複性是指(zhi)在相同測(ce)量條件下(xia),重複測量(liang)同一個被(bei)測量,測量(liang)儀器提供(gong)相近示值(zhi)的能力;精(jing)度等級是(shi)🤩指符合一(yi)定的計量(liang)❗要求，使誤(wu)差保持在(zai)規定極限(xian)以内的測(ce)量儀器的(de)等别或級(ji)别。
　　根據上(shang)述測試性(xing)能指标，對(dui)該方案研(yan)制的DN25mm、DN32mm和DN50mm共(gong)3種口徑的(de)樣機☂️一批(pi)共10台進行(hang)測試，10台樣(yang)機啓停質(zhi)量法水流(liu)量标準裝(zhuang)置上全部(bu)通過0.5級合(he)格檢定,特(te)别是重複(fu)性指标，全(quan)部優于0.1%。其(qi)中一台DN25mm口(kou)徑樣機的(de)标定結果(guo)見表1,其量(liang)程比達15:I,最(zui)小💘流速測(ce)到0.28m/s,量程範(fan)圍明顯高(gao)于同🛀口徑(jing)的各種容(rong)積式流量(liang)計,精度等(deng)級高于渦(wo)街流量計(ji)等其他普(pu)通速度式(shi)流量計。
 
　　2014年(nian)，國内某核(he)電站定制(zhi)了一台DN25mm口(kou)徑液體旋(xuan)渦流量🔅計(ji)，用于計量(liang)含結晶和(he)顆粒物的(de)核廢液,經(jing)用戶現場(chang)标定其精(jing)度等級達(da)到0.4;另一化(hua)工企業用(yong)戶的一台(tai)DN25mm口徑🔴液體(ti)旋渦流量(liang)計,用于計(ji)量150℃下⭐的甲(jia)基鄰苯二(er)铵有機液(ye)流量,介質(zhi)粘度150mPa.s,用戶(hu)現場實🏃🏻.流(liu)标定其精(jing)度等級達(da)到0.5級。
3結束(shu)語
　　設計的(de)基于渦街(jie)流量傳感(gan)器的液體(ti)旋渦流量(liang)計吸收🌐了(le)容🔴積式流(liu)量計、渦街(jie)流量計及(ji)文丘裏管(guan)流量計等(deng)多💯種技🍉術(shu)或性能的(de)優點,該流(liu)量計所采(cai)用的關鍵(jian)部件一🥰通(tong)用渦❓街流(liu)量傳感器(qi)技術已獲(huo)國家專利(li)授🥵權,整機(ji)技🐕術可測(ce)液體旋渦(wo)流👌量計也(ye)已🔴獲國家(jia)專利♌0，是結(jie)構簡.單、整(zheng)機零部件(jian)少、制造成(cheng)本低和機(ji)電一✔️體🎯智(zhi)能化的液(ye)體流量計(ji)，樣機測❄️試(shi)和用戶的(de)實際應.用(yong)都證實其(qi)測量精💔度(du)較高。該流(liu)量計還适(shi)用于有特(te)殊要求的(de)計量場合(he)。  

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