摘(zhai)要:由于能(neng)源價格的(de)不斷上漲(zhang),用能成本(ben)已經成爲(wei)衆多工業(ye)企業的主(zhu)要運營成(cheng)本之一,對(dui)于能源的(de)計👅量也越(yue)來✍️越成🌈爲(wei)社會的關(guan)注焦點,能(neng)源計量器(qi)具的配備(bei)合理與否(fou).計量準确(que)與否與企(qi)業的切身(shen)利益息息(xi)相關。渦街(jie)流量計 由(you)于原始信(xin)号爲數字(zi)信号，具有(you)測量精度(du)高、補償計(ji)算簡單,異(yi)常狀況時(shi)易于分析(xi)的優勢,在(zai)能源的貿(mao)易計量🏃‍♂️上(shang)占有一席(xi)之地。該文(wen)介紹了渦(wo)街流量計(ji)的測量原(yuan)理,分析了(le)渦街流⛷️量(liang)計在貿易(yi)計量上的(de)優勢,以及(ji)渦街流量(liang)計應用于(yu)貿易計量(liang)時的注⭐意(yi)事項。
　　渦街(jie)流量計是(shi)一種應用(yong)卡門渦街(jie)原理的流(liu)量計,用于(yu)液體、氣💋體(ti)和蒸汽的(de)測量,也可(ke)測量含有(you)微小顆粒(li)、雜質的渾(hun)濁液體，廣(guang)泛應用于(yu)石油、化工(gong)、制藥、造紙(zhi)、冶金、電力(li)、環保、食品(pin)等行🏃🏻‍♂️業。
1渦(wo)街流量計(ji)的工作原(yuan)理
　　渦街流(liu)量計是以(yi)卡門渦街(jie)理論爲基(ji)礎:當流體(ti)流經非🔆線(xian)性🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的三角(jiao)柱擋體時(shi),在擋體的(de)兩側就會(hui)交替産生(sheng)有規則的(de)旋渦信号(hao),該旋渦的(de)分離頻率(lü)與流體的(de)✔️流速成正(zheng)比”。渦街流(liu)量計結構(gou)原理如圖(tu)1所示。
　　根據(ju)卡門渦街(jie)原理,有如(ru)下關系式(shi):
 
式(shi)中:
m一旋渦(wo)發生體兩(liang)側弓形面(mian)積與管道(dao)橫截面面(mian)積之比(無(wu)量🐕綱);
D一表(biao)體通徑(單(dan)位:m);
d一旋渦(wo)發生體迎(ying)面寬度(單(dan)位:m);
f一旋渦(wo)的發生頻(pin)率(單位:Hz);
U1一(yi)旋渦發生(sheng)體兩側平(ping)均流速(單(dan)位:m/s);
Sr一斯特(te)勞哈爾數(shu)(無量綱);
U一(yi)被測介質(zhi)來流的平(ping)均速度(單(dan)位:m/s);
qr一瞬時(shi)體積流量(liang)(單位:m2/s);
K一流(liu)量計的儀(yi)表系數(單(dan)位:m3)
　　由公式(shi)可見,平均(jun)儀表系數(shu)的大小隻(zhi)與渦街流(liu)量傳感器(qi)幾何尺寸(cun)即渦街口(kou)徑、阻擋體(ti)寬度與斯(si)特勞哈爾(er)數sr有關。斯(si)特勞哈爾(er)數與雷諾(nuo)數的關系(xi)如🥵圖2所示(shi),可見，當雷(lei)諾數Re在2x104~7x106之(zhi)間時,Sr可視(shi)爲常數。也(ye)就是說,對(dui)于一台口(kou)徑、阻擋體(ti)幾何尺寸(cun)已經确定(ding)的👣渦街流(liu)量計,它的(de)儀表系數(shu)在一定的(de)流速範圍(wei)内是定值(zhi)的。
 
2渦街流(liu)量計的特(te)點
1)可測量(liang)液體、氣體(ti)、蒸汽的流(liu)量;
2)輸出爲(wei)脈沖頻率(lü),其頻率與(yu)被測流體(ti)的實際體(ti)積流💋量👨‍❤️‍👨成(cheng)正比,且不(bu)受流體組(zu)分、密度、壓(ya)力、溫度的(de)影🚶‍♀️響;
3)結構(gou)簡單,無機(ji)械運動部(bu)件,長期運(yun)行穩定可(ke)靠;
4)量程比(bi)适中,普通(tong)傳感器量(liang)程比可達(da)10:1以上,智能(neng)渦街流量(liang)計量程比(bi)可達40:1;
5)壓力(li)損失小，約(yue)爲孔闆流(liu)量計的1/4~1/2。
3渦(wo)街流量計(ji)在貿易計(ji)量.上的優(you)勢
1)渦街流(liu)量信号爲(wei)數字頻率(lü)方式,測量(liang)精度高
　　渦(wo)街流量計(ji)的旋渦分(fen)離頻率是(shi)與體積流(liu)量的大小(xiao)成🌈正比的(de),且分離頻(pin)率不受流(liu)體組分、密(mi)度、壓力溫(wen)度的影響(xiang)。隻要測♍量(liang)出♉旋渦個(ge)數,就可以(yi)準确計算(suan)出體積流(liu)量，而旋渦(wo)個數的測(ce)量是純數(shu)字概念,不(bu)存在測量(liang)數值上的(de)誤差，讓渦(wo)街流量計(ji)具有了全(quan)量程範圍(wei)内流量信(xin)号☁️精确的(de)特點,是其(qi)它模拟🌈類(lei)流量計不(bu)👉可比拟的(de)優點。傳📞感(gan)器線性均(jun)爲18的脈沖(chong)型渦街和(he)模拟✍️類流(liu)量計精度(du)對比如表(biao)1所示。
 
2)補償(chang)運算簡單(dan),計算精度(du)高,未知參(can)數少
　　渦街(jie)流量計的(de)體積流量(liang)可以通過(guo)測量旋渦(wo)分離頻率(lü)得知♊,蒸汽(qi)密度、氣體(ti)密度、壓縮(suo)系數都可(ke)以通過測(ce)✉️量溫度壓(ya)力進行補(bu)償計算,且(qie)計算公式(shi)均爲國标(biao)或國際公(gong)式,計算精(jing)度高🙇‍♀️。與差(cha)壓式流量(liang)計對比,差(cha)壓式流量(liang)計計算結(jie)果受㊙️密度(du)、粘度🏃‍♀️、等熵(shang)指數、壓縮(suo)系數、氣⭕體(ti)可膨脹系(xi)數以及結(jie)構尺寸熱(re)脹冷🌂縮變(bian)化的影響(xiang)2,補償計算(suan)較複雜,且(qie)很多差壓(ya)式流量計(ji)并沒💃🏻有氣(qi)體可膨脹(zhang)系數的補(bu)償計算公(gong)式,因此,計(ji)量結果會(hui)存在一定(ding)偏差。
　　渦街(jie)流量計算(suan)法流程如(ru)圖3所示,圖(tu)中虛線框(kuang)爲外部采(cai)集信号🐅,實(shi)線框爲計(ji)算參數;差(cha)壓式流量(liang)計算✔️法流(liu)程如有圖(tu)4所示,圖中(zhong)虛線框爲(wei)外部信号(hao)及已知參(can)數,實線框(kuang)爲計算參(can)數。
 
3)儀表測(ce)量異常時(shi),能快速分(fen)析判斷
　　由(you)于卡門渦(wo)街流量信(xin)号是由旋(xuan)渦頻率數(shu)值來.體現(xian)的,在正常(chang)🐅情況下,旋(xuan)渦分離頻(pin)率是穩定(ding)的,隻有當(dang)傳感器發(fa)生異常或(huo)工況發生(sheng)變化時,旋(xuan)渦分離頻(pin)率才✊會有(you)很大的變(bian)化,因此,通(tong)過觀察渦(wo)街流量傳(chuan)感器頻率(lü)變化範圍(wei)的大小，可(ke)以很方便(bian)的分析出(chu)傳感器是(shi)💰否存在故(gu)障,不會出(chu)現模拟類(lei)傳感器在(zai)使用時因(yin)爲🛀零點偏(pian)移或模拟(ni)轉換誤差(cha)而帶來不(bu)易發現的(de)計量😍誤差(cha)。渦街信号(hao)如❌圖5所示(shi)
 
　　觀察渦街(jie)流量計放(fang)大整形後(hou)波形,若爲(wei)均勻方波(bo)信号㊙️,則🏃爲(wei)正常流量(liang)變化;若出(chu)現明顯不(bu)均勻方波(bo)信号,則可(ke)能爲🔅外界(jie)📐幹擾、超出(chu)測量範圍(wei)或傳感器(qi)故障導緻(zhi)。
4渦街流量(liang)計在貿易(yi)計量上的(de)注意事項(xiang)
　　除常規的(de)選型設計(ji)外，渦街流(liu)量計用在(zai)貿易計量(liang)時,還應注(zhu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻意以下幾(ji)點:
1)蒸汽狀(zhuang)态變化對(dui)流量測量(liang)的影響測(ce)量蒸汽時(shi),在蒸汽經(jing)過閥i]或較(jiao)長管道輸(shu)送後,可能(neng)會産生蒸(zheng)汽狀态變(bian)化的情況(kuang):.
(1)過熱蒸汽(qi)變爲飽和(he)蒸汽
　　過熱(re)蒸汽在管(guan)道輸送過(guo)程中，會産(chan)生熱能損(sun)失,即溫度(du)降🚶低。當溫(wen)度降到一(yi)-定程度時(shi),會從過熱(re)蒸汽狀态(tai)進入臨界(jie)幹飽☎️和狀(zhuang)态或過飽(bao)和狀态。
　　如(ru)進入幹飽(bao)和狀态，理(li)論上不會(hui)産生計量(liang)誤差。因幹(gan)🌍飽和蒸汽(qi)💃🏻仍屬于蒸(zheng)汽範疇,且(qie)測量過熱(re)蒸汽一般(ban)選用溫度(du)壓力雙補(bu)償方式,同(tong)時适用于(yu)過熱蒸汽(qi)和幹🔞飽和(he)蒸汽的密(mi)度補償。
　　如(ru)進人過飽(bao)和狀态(即(ji)濕飽和狀(zhuang)态),濕度會(hui)以水滴、水(shui)🤩霧的狀态(tai)💁存在,勢必(bi)影響介質(zhi)的密度。但(dan)蒸汽的密(mi)度補償算(suan)法僅适用(yong)于幹蒸汽(qi)的計量,因(yin)此濕度越(yue)大(幹度越(yue)小),誤差越(yue)大。一般📧情(qing)況下，幹度(du)≥95号時,誤差(cha)較小;幹度(du)<958時,誤差過(guo)大。
解決方(fang)法:
①減短輸(shu)送管道距(ju)離;
②做好管(guan)道的保溫(wen);
③當輸送管(guan)道過長時(shi),将儀表安(an)裝管道擡(tai)高，或增加(jia)🌈排液🧡裝置(zhi)。
(2)飽和蒸汽(qi)變爲過熱(re)蒸汽4
　　理想(xiang)的飽和蒸(zheng)汽狀态是(shi)溫度、壓力(li)、密度呈一(yi)-對應關系(xi)📞,知道其中(zhong)一個參數(shu),即可計算(suan)出另外兩(liang)個，因此測(ce)🔞量飽和蒸(zheng)汽--般采用(yong)單補償方(fang)式,即單溫(wen)度補償,或(huo)單壓力補(bu)償。但當飽(bao)和蒸汽經(jing)過加壓閥(fa)産生大幅(fu)降壓時,可(ke)能由飽和(he)狀态轉變(bian)成過熱蒸(zheng)汽。此時若(ruo)采用單溫(wen)度補償計(ji)算的密度(du)誤差較大(da)，采用單壓(ya)力補償✍️計(ji)算的密度(du)誤差相對(dui)較小;如果(guo)能選🌂用溫(wen)壓補償方(fang)式,則不會(hui)産生誤差(cha)。
　　蒸汽減壓(ya)和流量測(ce)量示意圖(tu)如圖6所示(shi)。化工廠鍋(guo)👈爐出口的(de)飽和蒸汽(qi)(1MPa,184.1℃),經過減壓(ya)閥後轉變(bian)爲過熱蒸(zheng)汽狀🌍态(0.42MPa,162.4℃,.密(mi)度2.7048kg/m3),不⭐同補(bu)償方式計(ji)算的密度(du)對比如表(biao)2所示,溫度(du)補償誤差(cha)高✨達27.61号,而(er)壓力補♊償(chang)誤差僅在(zai)2.60号。
 
解決方(fang)法:
①流量計(ji)安裝在減(jian)壓裝置上(shang)遊;.
②若安裝(zhuang)在減壓裝(zhuang)置下遊,盡(jin)量采用溫(wen)壓雙補償(chang)方式,或單(dan)壓力補償(chang)方式。.
2)選擇(ze)具有内置(zhi)精度高标(biao)準算法的(de)渦街流量(liang)計
　　軟件算(suan)法會對渦(wo)街流量計(ji)計量的精(jing)度造成較(jiao)大影響。如(ru)蒸汽密度(du)、氣體壓縮(suo)系數,都是(shi)影響計算(suan)精⚽度的關(guan)鍵參數。
　　蒸(zheng)汽密度的(de)計算方法(fa)有查表法(fa)和公式法(fa)兩種,兩種(zhong)算法中公(gong)式法相對(dui)精度高,并(bing)且可以對(dui)蒸汽飽和(he)及🔅過熱區(qu)域進行判(pan)斷;查表法(fa)覆蓋區域(yu)有限,對🔴于(yu)蒸汽飽和(he)及過熱區(qu)域沒有正(zheng)确的界限(xian)。
　　氣體的壓(ya)縮系數也(ye)是随工況(kuang)條件而變(bian)化的,如果(guo)默認💘按1計(ji)算,則計算(suan)結果會存(cun)在--定偏差(cha)。因此,測氣(qi)體,尤其是(shi)🏃‍♂️測天然氣(qi)時,應選用(yong)帶有壓縮(suo)系數補償(chang)功能的渦(wo)街流🌍量計(ji)。天然氣壓(ya)縮系數曲(qu)線如圖7所(suo)示。
 
5結語
　　渦(wo)街流量計(ji)是目前最(zui)适合貿易(yi)計量的流(liu)量計之一(yi)，因爲通過(guo)🏃‍♀️渦街輸出(chu)的漩渦頻(pin)率的穩定(ding)性能夠直(zhi)觀🚶‍♀️地判斷(duan)出流量‼️計(ji)工作是否(fou)異常，且壓(ya)損小、安裝(zhuang)方便,長期(qi)使用中渦(wo)🌂街流量計(ji)産生的表(biao)體結構偏(pian)差對儀表(biao)系數的影(ying)響很小，因(yin)此可以長(zhang)期作爲🍓計(ji)量儀表使(shi)用。

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