摘要:傳(chuan)統的渦(wo)街流量(liang)計 對管(guan)徑雷諾(nuo)數Rep<104時的(de)流量不(bu)能測量(liang),且儀表(biao)的耐展(zhan)性差,遇(yu)到安裝(zhuang)地點晨(chen)動或管(guan)道振動(dong)的場合(he),則測量(liang)結果經(jing)🛀🏻常失真(zhen)，不能保(bao)證準确(que),并且儀(yi)表的安(an)裝條件(jian)苛刻。文(wen)中介紹(shao)了🍉基于(yu)電磁檢(jian)測法的(de)電礅渦(wo)街流量(liang)計的原(yuan)理、設計(ji)及如何(he)克服上(shang)述📧缺點(dian)的舉措(cuo)。
　　自從1969年(nian)第一台(tai)渦街流(liu)量計問(wen)世以來(lai),由于可(ke)以測🈲量(liang)氣體、液(ye)體和蒸(zheng)汽的流(liu)量,而且(qie)結構簡(jian)單、範圍(wei)度寬、壓(ya)力損失(shi)低、輸出(chu)信号和(he)流量呈(cheng)線性關(guan)系、價格(ge)适中,使(shi)得渦街(jie)流量計(ji)‼️的發展(zhan)異常迅(xun)速,市場(chang)占有率(lü)上升到(dao)流量儀(yi)表的10%以(yi)上。渦街(jie)流量計(ji)在工業(ye)應用中(zhong)仍然存(cun)在以下(xia)問題:
(1)抗(kang)幹擾性(xing)差,尤其(qi)對管道(dao)振動敏(min)感,影響(xiang)測量結(jie)果👄;
(2)渦街(jie)流量計(ji)是速度(du)式儀表(biao),流體在(zai)管道流(liu)動時的(de)分布㊙️畸(ji)變會影(ying)響漩渦(wo)的形式(shi)，要求在(zai)流量計(ji)的上遊(you)至少安(an)裝10D(D爲管(guan)道直徑(jing))長度的(de)直管段(duan)，下遊則(ze)有5D的直(zhi)管段;
(3)測(ce)量時,被(bei)測流體(ti)必須滿(man)足Rep≥2X104才能(neng)産生穩(wen)定的漩(xuan)禍。
1測量(liang)原理
　　如(ru)圖1所示(shi)，電磁渦(wo)街流量(liang)計由二(er)部分組(zu)成:轉換(huan)顯示🐕電(dian)路(上部(bu)⛱️)和流量(liang)傳感器(qi)(下部)。流(liu)量傳感(gan)器主要(yao)由漩渦(wo)發🤞生體(ti)、信号電(dian)極、永久(jiu)磁鐵、殼(ke)體組成(cheng)。渦街流(liu)量傳💰感(gan)器的工(gong)作原理(li)如圖💚2所(suo)示。
　　被測(ce)流體流(liu)經漩渦(wo)發生體(ti)時，當流(liu)量增大(da)到一定(ding)程度時(shi),流體會(hui)在漩渦(wo)發生體(ti)兩側産(chan)生交替(ti)變化的(de)兩列漩(xuan)渦。當兩(liang)列漩渦(wo)的距離(li)h滿足公(gong)式h=1.3b時,産(chan)生的漩(xuan)渦👅是穩(wen)定的。單(dan)列漩渦(wo)的頻率(lü)和流體(ti)流速之(zhi)間呈下(xia)列🌈關系(xi):
 
　　式中,v1爲(wei)漩渦發(fa)生體兩(liang)側平均(jun)流速,m/s;b爲(wei)漩渦發(fa)生體迎(ying)💔流🐆面的(de)🍓最大寬(kuan)度,m;St爲斯(si)特勞哈(ha)爾數,當(dang)雷諾數(shu)ReD≥2X104,漩渦發(fa)生體和(he)管徑尺(chi)寸确定(ding)後,是一(yi)常數。将(jiang)式(1)整理(li)得
 
　　當渦(wo)街流量(liang)計的柱(zhu)寬比b/D=0.28時(shi)，經計算(suan)漩渦發(fa)生體兩(liang)⭕側的🌈流(liu)通❤️面🧡積(ji)S1爲
 
　　由式(shi)(4)知，對于(yu)已确定(ding)口徑的(de)流量計(ji),b、D固定。在(zai)一定的(de)🚶流量範(fan)圍内St是(shi)常數,所(suo)以K爲一(yi)常數;則(ze)單列漩(xuan)渦的頻(pin)率ƒ和流(liu)✉️量qv成♍正(zheng)比❤️，隻要(yao)檢測出(chu)漩渦的(de)頻率數(shu)就可以(yi)知道被(bei)測流體(ti)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量(liang)大小。
　　由(you)圖1可以(yi)看出,在(zai)滿渦發(fa)生體的(de)下遊有(you)--處在磁(ci)場中心(xin)的電極(ji),振動漩(xuan)渦列向(xiang)下遊移(yi)動時作(zuo)用于信(xin)号電極(ji)上,使信(xin)号電極(ji)産生和(he)漩渦頻(pin)率相同(tong)頻率的(de)振動。由(you)電磁感(gan)應定❗律(lü),信号電(dian)極在磁(ci)場中作(zuo)切割磁(ci)力線運(yun)動,信号(hao)電極會(hui)産生感(gan)應電動(dong)勢。
 
　　式中(zhong),Ex爲感應(ying)電動勢(shi),V;B爲磁感(gan)應強度(du),T;d爲信号(hao)電極直(zhi)徑,m;V2爲信(xin)号🤩電極(ji)切割磁(ci)力線速(su)度,m/s。
　　流體(ti)流經漩(xuan)渦發生(sheng)體産生(sheng)交替變(bian)化的遊(you)渦,湔渦(wo)作用于(yu)信号電(dian)極.上産(chan)生感應(ying)電勢Er,其(qi)極性也(ye)随漩📱渦(wo)的交替(ti)變化而(er)變👅化,Ex變(bian)化頻率(lü)就是漩(xuan)渦的頻(pin)率。因此(ci),隻要測(ce)出信号(hao)電🤟極輸(shu)出的感(gan)應電勢(shi)Ex,就可知(zhi)道流體(ti)的體積(ji)流量🚩qv。
2傳(chuan)感器的(de)研制
2.1傳(chuan)感器殼(ke)體設計(ji)
(1)采用了(le)漸縮測(ce)量導管(guan)經一角(jiao)度漸縮(suo)爲管道(dao)直徑的(de)4/5,傳感器(qi)本體經(jing)這樣設(she)計後,在(zai)流量不(bu)變的條(tiao)件下，流(liu)過傳感(gan)器📧的流(liu)速增加(jia),管徑雷(lei)諾數Re增(zeng)加，解決(jue)了拓寬(kuan)測量下(xia)限的矛(mao)盾。從流(liu)體的連(lian)續性方(fang)程可得(de)
 
　　式中,S爲(wei)管道内(nei)截面積(ji)，m2;v爲流經(jing)管道内(nei)截面的(de)平均㊙️流(liu)速，m/s;S1爲流(liu)體流經(jing)有漸縮(suo)測量導(dao)管的漩(xuan)渦發生(sheng)體處的(de)流通截(jie)面積,m2則(ze)
 
　　上式說(shuo)明，流經(jing)傳感器(qi)的流體(ti),流速大(da)大增加(jia)了,在被(bei)♍測量✌️流(liu)✨體的其(qi)它條件(jian)不變的(de)條件下(xia)。管徑雷(lei)諾數數(shu)值有很(hen)大的改(gai)變,經過(guo)計算可(ke)将流體(ti)的雷諾(nuo)數下限(xian)從2X104降到(dao)2080,從而大(da)大加寬(kuan)了電磁(ci)渦街流(liu)量計的(de)量程比(bi)♋。經現場(chang)實驗,電(dian)磁渦街(jie)流量計(ji)的量程(cheng)比🌐爲25:1。
(2)電(dian)磁渦街(jie)流量傳(chuan)感器的(de)漩渦發(fa)生體在(zai)三角柱(zhu)的基✏️礎(chu)上做‼️了(le)改進，将(jiang)漩渦發(fa)生體迎(ying)流面、背(bei)流面設(she)計成和(he)梯💃形柱(zhu)具有☔相(xiang)同❓外接(jie)圓的圓(yuan)柱面。漩(xuan)渦發生(sheng)體的迎(ying)流面設(she)計成圓(yuan)柱面，從(cong)而具有(you)圓柱型(xing)漩渦發(fa)生體St較(jiao)大的優(you)點,在管(guan)徑和迎(ying)流面寬(kuan)度相同(tong)的條件(jian)下，流過(guo)相同體(ti)積⚽的流(liu)體時,漩(xuan)✂️渦發生(sheng)體可以(yi)産生更(geng)多的漩(xuan)禍，使渦(wo)街流量(liang)計可以(yi)測量比(bi)較🌈小的(de)流量,拓(tuo)寬了流(liu)量測量(liang)下限。
　　渦(wo)街流量(liang)計是速(su)度式流(liu)量計,它(ta)是以測(ce)量流體(ti)流💰經管(guan)道🏃🏻‍♂️的平(ping)均流速(su)爲測量(liang)依據的(de)儀表。當(dang)流體流(liu)經漩渦(wo)發生體(ti)時，産生(sheng)的漩渦(wo)容易受(shou)到傳感(gan)器上遊(you)側局部(bu)阻力件(jian)的影響(xiang),尤其是(shi)流體流(liu)經管道(dao)産生分(fen)布型畸(ji)變時，産(chan)生的謙(qian)渦質量(liang)将受到(dao)破壞，因(yin)此安裝(zhuang)渦街流(liu)量計時(shi)，上遊側(ce)至少要(yao)有10D長度(du)的直管(guan)段(一般(ban)爲🐇20D直管(guan)段長度(du)),下遊側(ce)要有5D長(zhang)度的直(zhi)管段。電(dian)磁渦🥵街(jie)流量計(ji)本體🚩經(jing)過上述(shu)巧妙設(she)計後,可(ke)将上遊(you)側直管(guan)段長🈲度(du)要求縮(suo)短到6D,下(xia)遊🚶‍♀️側直(zhi)管段長(zhang)度3D。
2.2轉換(huan)電路設(she)計
　　電磁(ci)渦街流(liu)量計的(de)轉換電(dian)路的任(ren)務是把(ba)流量傳(chuan)感器💁輸(shu)出的感(gan)應電動(dong)勢信号(hao)轉換成(cheng)瞬時流(liu)量、累積(ji)流量和(he)🌈标準頻(pin)率🏃‍♀️信号(hao)🛀輸出。電(dian)磁檢測(ce)的渦街(jie)流量計(ji)轉換電(dian)路結構(gou)框⭕圖如(ru)圖3所示(shi)。
 
　　轉換電(dian)路工作(zuo)過程是(shi):被測流(liu)體流經(jing)電磁流(liu)量傳感(gan)器,産生(sheng)漩渦,交(jiao)替變化(hua)的漩渦(wo)推動信(xin)号電極(ji)在磁場(chang)中切割(ge)磁💞力線(xian),從而産(chan)生感應(ying)電勢Ex,微(wei)弱的感(gan)🙇🏻應電勢(shi)信号Ex經(jing)前置放(fang)大、交流(liu)放大和(he)低通濾(lü)波,然後(hou)由施密(mi)特獨發(fa)器整形(xing)爲标準(zhun)頻率脈(mo)沖,此信(xin)号💃🏻進入(ru)微處理(li)器CPU,進行(hang)各種運(yun)算,再經(jing)液🐕晶顯(xian)示器顯(xian)示瞬時(shi)流量、累(lei)積流量(liang)等。爲防(fang)🔞止儀表(biao)掉電，在(zai)⛷️電路中(zhong)設計了(le)掉電保(bao)護裝置(zhi)。爲降低(di)功耗,提(ti)高轉換(huan)電路的(de)抗幹擾(rao)功能,轉(zhuan)🎯換電路(lu)所有的(de)集成電(dian)路均采(cai)用微功(gong)耗器件(jian)[2],電源采(cai)用電池(chi)供電,使(shi)得儀表(biao)💘小巧❄️美(mei)觀。其主(zhu)要特點(dian)是:
(1)采用(yong)電磁檢(jian)測漩渦(wo)的頻率(lü),避開了(le)檢測漩(xuan)禍升力(li)的方法(fa),耐振動(dong)性好,消(xiao)除了三(san)維方向(xiang)上的振(zhen)動幹擾(rao)，現場實(shi)驗也充(chong)分證明(ming)了這一(yi)優點。
(2)電(dian)磁渦街(jie)流量傳(chuan)感器的(de)激磁裝(zhuang)置采用(yong)永久磁(ci)鐵。轉換(huan)電路由(you)于采用(yong)了一系(xi)列的低(di)功耗設(she)計方法(fa)❗,因而💘可(ke)采用電(dian)池供電(dian),不🐕需要(yao)交流電(dian)源,直接(jie)消除了(le)因交✏️流(liu)供電而(er)引入的(de)工頻幹(gan)擾，抗幹(gan)擾能力(li)強。
3應用(yong)
　　由于電(dian)磁法檢(jian)測漩渦(wo)頻率的(de)電磁渦(wo)街流量(liang)計具❌有(you)範圍度(du)寬、耗電(dian)少、壽命(ming)長、抗振(zhen)性好、安(an)裝條件(jian)要求寬(kuan)松的優(you)點，因而(er)應用範(fan)圍比較(jiao)廣。現已(yi)經研推(tui)出DN15一DN200系(xi)列，DN40的測(ce)量精度(du)可達0.8%，可(ke)♉用于測(ce)🏃‍♀️量大部(bu)分的氣(qi)體、液體(ti)💞流量，适(shi)用☎️于.複(fu)雜的化(hua)工生産(chan)環境,适(shi)用溫度(du)範圍可(ke)達-40℃~250℃,可以(yi)準确測(ce)量雷諾(nuo)數大于(yu)3000的液體(ti)流量。本(ben)流量計(ji)屬于無(wu)空洞設(she)計,具有(you)避免肮(ang)髒介質(zhi)堵塞的(de)優點,适(shi)用于污(wu)水的測(ce)量。在通(tong)訊方面(mian),本流量(liang)計采用(yong)了HART通訊(xun)協議，可(ke)進行遠(yuan)程🌏通訊(xun)。

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