摘要:傳統的渦街(jie)流量計 對管徑雷(lei)諾數Rep<104時的流量不(bu)能測量,且儀表的(de)耐展性差,遇到安(an)裝地點晨動或管(guan)道振動的場合,則(ze)測量結果經常失(shī)👉真，不能保證準确(què),并且儀表的安裝(zhuang)條件苛刻。文中介(jie)紹了基于電磁檢(jiǎn)測法的電礅渦街(jiē)流量計的原理、設(shè)計及如何克服上(shàng)述缺點的舉措。
　　自(zì)從1969年第一台渦街(jie)流量計問世以來(lai),由于可以測量氣(qì)體、液體和蒸汽的(de)流量,而且結構簡(jian)單、範圍度寬、壓⭐力(li)損失低、輸出信号(hào)和流量呈線性關(guan)系、價格适中,使得(de)渦街流量計的發(fā)展異常迅速,市場(chǎng)占有率上升到流(liú)量儀表的10%以上。渦(wō)街流量計在工業(ye)應用中仍然存在(zai)以下問題:
(1)抗幹擾(rǎo)性差,尤其對管道(dào)振動敏感,影響測(ce)量結果🐉;
(2)渦街流量(liang)計是速度式儀表(biao),流體在管道流動(dong)時的分布畸變會(huì)影響漩渦的形式(shi)，要求在流量計的(de)上遊至少安裝10D(D爲(wei)管道直徑)長度的(de)直管段，下遊則有(you)5D的直管段;
(3)測量時(shí),被測流體必須滿(man)足Rep≥2X104才能産生穩定(dìng)的漩禍。
1測量原理(li)
　　如圖1所示，電磁渦(wō)街流量計由二部(bù)分組成:轉換顯示(shì)電路(上部)和流量(liàng)傳感器(下部)。流量(liàng)傳感器主要由漩(xuán)✨渦發生體、信号電(dian)極、永久磁鐵、殼體(tǐ)組成。渦街流量傳(chuan)感器的🔴工作原理(li)如圖2所示。
　　被測流(liu)體流經漩渦發生(sheng)體時，當流量增大(dà)到一定程度時,流(liu)體會在漩渦發生(sheng)體兩側産生交替(ti)變化📧的兩列漩📧渦(wō)。當兩列漩渦💋的距(jù)離h滿足公式h=1.3b時,産(chan)生🧡的漩渦🈚是穩定(dìng)🈲的。單列漩渦的🤩頻(pín)率和流體流速之(zhī)間呈下列關系:
 
　　式(shì)中,v1爲漩渦發生體(tǐ)兩側平均流速,m/s;b爲(wei)漩渦發生體迎流(liú)面💞的最大寬度,m;St爲(wei)斯特勞哈爾數,當(dang)雷諾數ReD≥2X104,漩渦發生(sheng)體和管徑尺寸确(què)🤞定後,是一常數。将(jiang)式(1)整理得
 
　　當渦街(jie)流量計的柱寬比(bi)b/D=0.28時，經計算漩渦發(fā)生體兩側🚩的♌流通(tōng)🔱面積S1爲
 
　　由式(4)知，對(duì)于已确定口徑的(de)流量計,b、D固定。在一(yī)定的流量範圍内(nei)❤️St是常數,所以K爲一(yī)常數;則單列漩渦(wo)的頻率🔱ƒ和流🈲量qv成(chéng)正比，隻要檢測出(chu)漩渦的頻率數就(jiu)🔞可以知道被測流(liu)體的流量大小。
　　由(yóu)圖1可以看出,在滿(mǎn)渦發生體的下遊(yóu)有--處在磁場中☂️心(xin)的㊙️電極,振動漩渦(wō)列向下遊移動時(shi)作用于信号電極(ji)上,使信号電極産(chan)生和漩渦頻率相(xiang)同頻率的振動。由(yóu)電磁😘感應定🐅律,信(xin)号電極在磁場中(zhōng)作切割磁力線運(yun)動,信号電極會産(chan)🌐生感應電😍動勢。
 
　　式(shi)中,Ex爲感應電動勢(shi),V;B爲磁感應強度,T;d爲(wei)信号電極直徑,m;V2爲(wei)🔞信号電極切割磁(ci)力線速度,m/s。
　　流體流(liu)經漩渦發生體産(chan)生交替變化的遊(you)渦,湔渦作用于信(xìn)号電極.上産生感(gǎn)應電勢Er,其極性也(ye)随漩渦的交替變(biàn)化而變化,Ex變🌂化頻(pin)率就是漩渦的頻(pín)率。因此,隻要測出(chu)信号電極輸出的(de)感應電勢Ex,就可知(zhi)道流體的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻體積流(liú)量qv。
2傳感器的研制(zhì)
2.1傳感器殼體設計(ji)
(1)采用了漸縮測量(liang)導管經一角度漸(jiàn)縮爲管道直徑的(de)4/5,傳感器本體經這(zhè)樣設計後,在流量(liàng)不變的條件👉下，流(liú)過傳感器的流速(sù)增加,管徑雷諾數(shu)Re增加，解決了拓寬(kuan)測量下限的矛🌈盾(dùn)。從流體的連續性(xìng)方程可得
 
　　式中,S爲(wei)管道内截面積，m2;v爲(wèi)流經管道内截面(miàn)的平均流🐆速，m/s;S1爲❗流(liu)體流經有漸縮測(ce)量導管的漩渦發(fa)生體處的流通截(jie)面積,m2則
 
　　上式說明(míng)，流經傳感器的流(liú)體,流速大大增加(jiā)了,在被測量流體(ti)的其它條件不變(biàn)的條件下。管徑雷(lei)諾數數🔅值有很大(dà)的改變,經過計算(suàn)可将流體的雷諾(nuò)數下限🎯從2X104降到2080,從(cóng)而大大加寬了電(diàn)磁🔆渦街流量計的(de)量程比。經現場實(shí)驗,電磁渦♻️街流量(liàng)計的量程比🧑🏾‍🤝‍🧑🏼爲25:1。
(2)電(diàn)磁渦街流量傳感(gan)器的漩渦發生體(ti)在三角柱的基礎(chǔ)上做了改進，将漩(xuán)渦發生體迎流面(mian)、背流面設計成👣和(hé)梯形柱具有相同(tong)外接圓的圓柱面(mian)。漩渦發生體的迎(yíng)流面設計成圓柱(zhu)面，從而具有圓柱(zhu)型漩渦發生體St較(jiao)大的優點,在管徑(jìng)和迎流面寬度相(xiang)同的條件下，流過(guò)相同體積的流體(ti)時,漩渦發生體可(ke)以産生更多的漩(xuan)禍，使渦街流👉量計(ji)可以測量✔️比較小(xiǎo)的流量,拓寬了流(liu)量測量下限。
　　渦街(jie)流量計是速度式(shì)流量計,它是以測(cè)量流體流經管道(dao)💃的⁉️平均流速爲測(ce)量依據的儀表。當(dang)流體流經漩渦發(fa)🎯生體時，産生的漩(xuán)渦容易受到傳感(gǎn)器上遊側局部阻(zǔ)力件的影☎️響,尤其(qí)♉是流體流經管道(dào)産生分布型🌐畸變(biàn)時，産生的謙渦質(zhi)量将受到破壞，因(yin)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻此安裝渦街流量(liang)計時，上🔞遊側至少(shǎo)要有10D長度的直⛱️管(guǎn)段(一般爲20D直🔅管段(duàn)長度),下遊✨側要有(you)5D長度的直管段。電(diàn)磁渦街流量計本(běn)體🐉經過上述巧妙(miao)設計後,可将❌上遊(you)側直管段長🏃‍♀️度要(yao)求縮短到6D,下遊側(cè)直管段🔞長度3D。
2.2轉換(huàn)電路設計
　　電磁渦(wō)街流量計的轉換(huan)電路的任務是把(ba)流量傳感器輸出(chu)的感應電動勢信(xìn)号轉換成瞬時流(liu)量、累積流量和标(biāo)準頻率信号輸出(chū)。電磁檢測的渦街(jiē)流量計轉換電路(lù)結構框圖如圖🌈3所(suo)示。
 
　　轉換電路工作(zuo)過程是:被測流體(tǐ)流經電磁流量傳(chuán)感器,産生漩渦,交(jiāo)替變化的漩渦推(tui)動信号電極在磁(ci)場中切割磁力線(xiàn),從而産生感應電(diàn)勢Ex,微弱的感應電(diàn)勢信号Ex經前置放(fang)大、交流㊙️放大和低(di)通濾波,然後由施(shi)密特獨發器整形(xing)爲标準頻率脈沖(chòng),此信号進入微處(chù)理器CPU,進行各種運(yun)算,再經液晶顯示(shi)器顯示瞬時流量(liang)、累積流量等。爲防(fang)止儀表掉電，在電(diàn)路中設計了掉電(diàn)保🔴護裝置。爲降低(dī)功耗,提高轉換電(dian)路的抗幹擾功能(neng),轉㊙️換電路所有的(de)集成電路均采用(yong)微功耗器件[2],電源(yuan)采♈用電池供電,使(shi)得儀表📐小巧🏃‍♀️美觀(guan)。其主要特點❗是:
(1)采(cǎi)用電磁檢測漩渦(wo)的頻率,避開了檢(jiǎn)測漩禍升力的方(fang)法,耐振動性好,消(xiao)除了三維方向上(shang)的振動幹擾，現🌏場(chang)實驗也充分💁證明(ming)了這一優點。
(2)電磁(ci)渦街流量傳感器(qì)的激磁裝置采用(yòng)永久磁鐵。轉換電(diàn)路🐉由于采用了一(yi)系列的低功耗設(shè)計方法,因而可采(cǎi)用電池供電,不需(xu)要交流電源,直接(jiē)消除了因交流供(gong)電而引入🌈的工頻(pín)幹擾，抗幹擾能力(lì)強。
3應用
　　由于電磁(ci)法檢測漩渦頻率(lǜ)的電磁渦街流量(liang)計具✊有範圍度寬(kuān)✉️、耗電少、壽命長、抗(kang)振性好、安裝條件(jian)要💞求寬松的優點(diǎn)，因而🤞應用範圍比(bi)較廣。現已經研推(tui)🔞出DN15一DN200系列，DN40的測量(liang)精度🎯可達0.8%，可用于(yu)測量大部分的氣(qì)體、液體流量，适用(yong)于.複雜的化工生(sheng)産環境,适用🔞溫度(du)範圍可達-40℃~250℃,可以準(zhun)确測量雷諾數大(da)于3000的液體流量。本(běn)流量計屬于無空(kong)洞設計,具有避免(mian)肮髒介質堵塞的(de)優點,适用于污水(shuǐ)的測量🐪。在通訊方(fāng)面,本流👈量計采用(yòng)了HART通訊協議，可進(jìn)行遠程通訊。

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