摘要：爲(wèi)克服液體容積式(shì)流量計的缺陷，在(zài)卡門渦街原理和(hé)💃創新的基礎上,基(ji)于渦街流量傳感(gan)器
的精度高液體(ti)旋渦流量計。實際(jì)應用表明:該旋渦(wō)流量計具有😄精度(du)高、量程寬及對前(qián)後直管段要求低(dī)等優點，可應用于(yú)環境苛刻的計量(liàng)場合。
液體流量計(ji)
主要以液體容積(jī)式流量計“爲主，如(ru)
橢圓齒輪流量計(ji)
、螺旋轉子流量計(ji)及羅茨流量計等(děng),其共同點是精度(dù)🛀較高且有一對轉(zhuan)子，系機械式流量(liang)計;但量程窄、結構(gòu)複雜🔞、零部件加工(gong)精度高、材料成本(běn)高、可動部件的轉(zhuǎn)♊子易磨損、壓力損(sǔn)失大、易卡滞、不能(néng)計量含🐉顆粒物或(huò)結晶的液體、不耐(nài)高溫及不能用蒸(zheng)汽吹掃等缺陷，因(yin)此适用場合非常(cháng)有限。普通旋渦流(liu)量⛱️計指渦街流💃🏻量(liàng)計，但其精度很☔難(nan)達到一-級以上,對(dui)前後直管段等安(ān)裝工藝的要求也(ye)✨較高,而且可測液(yè)體流速較高;
渦輪(lún)流量計
結構複雜(zá)，有轉動的渦輪轉(zhuǎn)子和軸承，對零部(bu)件加工精🔞度要求(qiú)高,也不耐高溫,不(bú)能測量易結晶流(liú)體。
目前工業生産(chǎn)中對精度高、安裝(zhuang)要求低、性能可靠(kao)、适用範🔱圍廣的高(gāo)品質流量計的需(xu)求越來越多。爲克(kè)服液體容積式流(liu)量計的缺陷,在卡(kǎ)門渦街原理和技(ji)術創新的💁基礎上(shàng)，研制基于渦街流(liú)量傳感器的液體(ti)旋渦流量計。
1液體(tǐ)旋渦流量計①
1.1計量(liàng)原理
液體旋渦流(liu)量計的基本結構(gou)如圖1所示。測量管(guǎn)表❌體的剖⛹🏻♀️視圖如(rú)圖2所示，可見其爲(wei)三段式結構。
測量(liang)管表體與流體輸(shu)送管相連，流體流(liú)入測量管👨❤️👨表體,通(tōng)過旋✌️渦發生體的(de)流體分散6處沿偏(pian)角的葉🐇片向前流(liu)動,并産生繞管道(dào)中心軸旋轉的脈(mò)動旋渦流繼續流(liú)動,随着縮🚶口段的(de)減小，脈動旋渦流(liu)的流速越來越大(da)，到達直管段時流(liú)速最大，并經直管(guan)段的二次整流後(hòu)脈動流最強、最穩(wěn)定，且環.繞管壁處(chu)的流速最✍️大;此時(shí)插入安裝在直管(guǎn)段的旋渦檢測傳(chuán)感器檢測到旋渦(wo)流的脈動頻率，該(gāi)脈動頻率和🈲流體(tǐ)流速成良好的線(xian)性關系，旋渦檢測(cè)傳感器輸出相應(yīng)頻率的電信号到(dao)信🥰号處理與
積算(suan)顯示儀
後進行信(xìn)号處理并準确計(ji)算出流體流量;計(ji)量過的旋渦流經(jīng)消旋器消旋整流(liú)成無旋渦的流體(ti)流往下遊管🔅道。
1.2旋(xuán)渦發生體
旋渦發(fa)生體的不同于三(sān)角柱或梯形柱田(tián)渦街旋渦發生體(tǐ),它是在-一個小直(zhí)徑圓柱體上圓周(zhōu)螺旋分布安裝❤️6個(gè)直葉片,6個直葉片(pian)沿圓周均勻分布(bù)且與中心軸呈40°偏(pian)角。這種特殊結構(gou)的旋渦發生體既(ji)是旋渦流的發生(sheng)體，又具有流動調(diào)整器的作用,因此(cǐ)經過該旋渦發生(sheng)體産🏒生的旋渦流(liú)場更穩定、更強，旋(xuán)渦流對安裝在後(hòu)面的流量傳感器(qi)作用力也更大,有(you)利🔞于流量信号的(de)👨❤️👨檢測，也從根本上(shàng)保證了流🌂量計具(ju)有良好的重複性(xing)”;此特征也是作爲(wèi)液體旋渦流量🥰計(ji)的首要和必要條(tiao)件;該結構特點也(yě)使該流量計不僅(jǐn)對安裝工藝要求(qiu)低，特别是對前後(hou)🛀直管段長度的要(yao)求更低(前✔️直管段(duàn)3D~5D,後直管段1D~2D),而且可(kě)以抑制上遊脈動(dòng)流、紊流0、管🥵道振動(dong)和流體氣穴的幹(gan)擾,這是渦街流量(liàng)計與其他速度式(shi)流量計所不具備(bèi)的。另外,該部件整(zhěng)體采用不鏽鋼材(cai)料，可耐✊高溫耐腐(fǔ)蝕。
1.3測量管表體
測(cè)量管表體是具有(yǒu)特殊結構和尺寸(cun)的三段式直通管(guǎn)，全部采🧡用不鏽鋼(gāng)制成;表體内通道(dao)形狀像經典的文(wen)丘裏管,但與其作(zuo)用有本質區别，此(ci)處結構不同于文(wén)丘裏管獲得上下(xià)遊🔴符合特定函數(shu)規律的壓差參數(shù)，而是獲得一個适(shi)度的壓差和流體(ti)的加速作用，起🎯到(dào)對旋渦流體二次(cì)整流的作用，二次(ci)整流過的旋渦流(liú)脈動更強,旋🥵渦傳(chuán)感器就是檢測此(cǐ)時的旋渦流脈㊙️動(dòng)。另外，此三段式流(liu)體通道的壓損較(jiào)小,對流量計的流(liu)量特性曲線有調(diao)整功能，在結合大(dà)量實驗數據的基(ji)礎上💰優化計算出(chū)一套尺🚩寸參數，按(àn)此尺寸設計的🍓流(liú)量計在較寬的流(liu)量範圍仍具有很(hen)高的線性度,這個(gè)特征是作爲流量(liàng)計能保證的關鍵(jiàn);直管段部分的🔴直(zhi)徑比參數的設計(jì)值大于0.7,從而在滿(mǎn)足精度要求的❌同(tong)時實現流通截面(miàn)最大化，從根本.上(shàng)減小工作時的壓(ya)損，後期實驗驗證(zheng)壓損僅爲同口徑(jing)容積式流量計的(de)20%~30%，節能效果✔️明顯;該(gai)設計也保證了整(zhěng)個流體管道内光(guang)滑流線無死角,不(bú)會造成堵塞及介(jiè)質留存等現象,可(ke)用于🔞易結晶、含顆(kē)粒物、非潔淨液體(ti)或具有衛生潔淨(jìng)要🚩求的液體計量(liàng)。
1.4旋渦檢測傳感器(qi)
(簡稱傳感器),該傳(chuan)感器采用高溫铌(ni)酸锂壓電晶體技(ji)♻️術🚩040、探頭内💋腔無填(tián)充材料結構、抽真(zhēn)空全氩弧焊接密(mi)🌈封技術及剛性🐉的(de)金屬铠裝導線等(děng)新材料和✂️新工藝(yì)🏒技術制😍成;探頭也(ye)采用不鏽鋼材料(liao)制成。該傳感器具(jù)備通用性、耐高溫(wen)、抗振性強和信噪(zào)比高的特點，既可(kě)用于渦街流量計(ji)又可用于本流量(liàng)計。旋渦檢測傳💘感(gan)器内部封裝的壓(yā)電晶體爲居裏點(diǎn)溫度在1200℃的铌酸锂(li)🏃🏻單晶體,從根本上(shang)保證了傳感器耐(nài)高溫400℃的性能;采用(yong)🌐内部無填充結構(gou)、封裝工藝和剛性(xing)铠裝導線結構形(xíng)式，保證了傳感器(qi)具有很高的信噪(zào)比和抗振性。該設(shè)☀️計也是本課題的(de)基礎所在，采用渦(wo)街🏃♂️流量傳感器配(pei)套方案使得該流(liú)量計⛱️保留🥵了渦街(jiē)流量計全部的優(yōu)點。
1.5信号處理和流(liu)量積算儀
由于流(liu)量傳感器采用了(le)壓電式渦街流量(liang)傳感器，所✊以信🈲号(hao)變送器、流量計積(ji)算儀和
渦街流量(liàng)計
的設計相同。由(yóu)信号處理和流量(liàng)積算儀組成的電(diàn)氣系統結♋構框圖(tu)如圖3所示。
渦街流(liú)量傳感器輸出的(de)電荷信号經電荷(hé)放大器轉換爲♉電(dian)壓信号,再通過電(dian)壓放大器、低通濾(lü)波器和電壓跟随(suí)器的濾波放大與(yu)整形後輸出脈沖(chòng)信号進入單片機(jī);單片機采用16位超(chāo)低功⚽耗MSP430s系列芯片(pian),使得該流量計具(ju)有雙電源供👈電功(gōng)能,輸出信号有♉三(san)線制脈沖、兩/三線(xiàn)制4~20mA電流兩種,還具(ju)有RS485通信功能等,充(chong)分滿足各🔴種工業(ye)計量場‼️合的需求(qiú)。
2測試與應用
評定(ding)流量計性能指标(biāo)主要有4個參數:K系(xì)數、量程比、重複性(xing)和精🛀度等級。其中(zhōng),K系數是指一個測(cè)量周期内,流量計(jì)輸出👨❤️👨的脈沖數與(yu)流過流量計的相(xiang)應流體總體積之(zhī)比,每台流量計都(dōu).有一個對應的平(píng)均K系數,一般都是(shì)通過實流标定得(de)出的;量程比是指(zhi)流量計可測最大(da)流量值與最小流(liu)量㊙️值的比值;重😄複(fú)性是指在💋相同測(cè)量條件下,重複測(cè)量同一個被測量(liang),測量儀器提供相(xiang)近示值的能力;精(jīng)度等級是指符合(he)一定的計量💃要求(qiú)，使誤差保持在規(gui)定極限以内的測(ce)量儀器的等🔴别或(huò)級🌐别。
根據上述測(ce)試性能指标，對該(gai)方案研制的DN25mm、DN32mm和DN50mm共(gòng)3種口徑的樣機一(yī)批共10台進行測試(shì)，10台樣機啓停質量(liàng)⛱️法水流量标準裝(zhuang)置🏃♂️上全部通過0.5級(ji)合格檢定,特别是(shi)重複性指标，全部(bù)優于0.1%。其中一台DN25mm口(kǒu)徑樣機的标🏃🏻♂️定結(jie)果見表1,其量程比(bǐ)達15:I,最小流速測到(dào)0.28m/s,量程範圍明顯高(gāo)于同口徑的各種(zhong)容積式流量計,精(jīng)度等級高于渦街(jiē)流量計等其他普(pǔ)通💜速度式流量計(jì)。
2014年，國内某核電站(zhan)定制了一台DN25mm口徑(jìng)液體旋渦流量計(jì)，用于計量含結晶(jing)和顆粒物的核廢(fèi)液,經用戶現場标(biao)定其精度等級達(dá)到0.4;另一化工企業(yè)用戶的一♍台DN25mm口徑(jìng)液體旋渦流量♍計(jì),用于👨❤️👨計量150℃下的甲(jia)基鄰苯二铵有機(ji)液流量,介🔱質粘度(dù)150mPa.s,用戶現場實.流标(biao)定其精度等級達(da)到0.5級。
3結束語
設計(jì)的基于渦街流量(liang)傳感器的液體旋(xuan)渦流量計🔆吸收了(le)容積式流量計、渦(wō)街流量計及文丘(qiu)裏管流量計💃等多(duō)種技術或☔性能的(de)優點,該流量計所(suǒ)采用的關鍵部件(jian)一通用渦街流量(liang)傳感器技術已獲(huò)國家專利授㊙️權,整(zheng)機技🚶♀️術可測液體(tǐ)旋渦流量計也已(yi)獲國家專利0，是結(jié)構簡.單、整機零部(bù)件少、制造成本低(dī)和機電一體智能(néng)化的液體流量計(ji)，樣機測試和用戶(hu)的實際應.用都證(zhèng)實其測量精度較(jiào)高。該流量計還适(shi)用于有特殊要求(qiu)的計量場合。
以上(shàng)内容源于網絡，如(rú)有侵權聯系即删(shan)除!
