摘要:由于(yú)能源價格的不(bu)斷上漲,用能成(chéng)本已經成👄爲衆(zhōng)多工業企業的(de)主要運營成本(běn)之一,對于能源(yuán)🤞的計量也❤️越來(lái)越成爲社會的(de)關注焦點,能源(yuán)計量器具的配(pèi)備合理與否😄.計(ji)量準确與否🈚與(yǔ)企業的切身利(lì)益息息相關。渦(wō)街流量計 由于(yú)原始信号爲數(shu)字信号，具有測(cè)量精度高、補償(cháng)計算簡🐉單,異🎯常(cháng)狀況時易于分(fen)析的優勢,在能(néng)源的貿易計量(liàng)上占有一席之(zhi)地。該文介紹了(le)渦街流量計的(de)測量原理,分析(xi)了渦街流量計(ji)在貿易計量上(shàng)的優勢,以及渦(wō)街流量計應用(yòng)🈚于貿易計量時(shi)的注意事項。
　　渦(wo)街流量計是一(yī)種應用卡門渦(wō)街原理的流量(liang)計,用于液體👅、氣(qì)體和蒸汽的測(ce)量,也可測量含(hán)有微小顆粒、雜(zá)質的渾濁液體(ti)，廣泛應用于石(shi)油、化工、制藥、造(zao)紙、冶金、電力、環(huán)保、食品等行業(yè)。
1渦街流量計的(de)工作原理
　　渦街(jie)流量計是以卡(ka)門渦街理論爲(wei)基礎:當流體流(liú)㊙️經非線性的三(san)角柱擋體時,在(zai)擋體的兩側就(jiù)會交替産🏃‍♂️生有(yǒu)規則的旋渦信(xin)号,該旋渦的分(fèn)離頻率與流體(tǐ)的㊙️流速成正比(bǐ)”。渦街流量計結(jie)構原理如圖1所(suǒ)示。
　　根據卡門渦(wo)街原理,有如下(xia)關系式:
 
式中:
m一旋(xuán)渦發生體兩側(ce)弓形面積與管(guǎn)道橫截面面積(ji)🏃🏻‍♂️之比(無量綱🏒);
D一(yi)表體通徑(單位(wèi):m);
d一旋渦發生體(ti)迎面寬度(單位(wèi):m);
f一旋渦的發生(shēng)頻率(單位:Hz);
U1一旋(xuán)渦發生體兩側(cè)平均流速(單位(wèi):m/s);
Sr一斯特勞哈爾(er)數(無量綱);
U一被(bèi)測介質來流的(de)平均速度(單位(wei):m/s);
qr一瞬時體積流(liú)量(單位:m2/s);
K一流量(liàng)計的儀表系數(shu)(單位:m3)
　　由公式可(kě)見,平均儀表系(xì)數的大小隻與(yǔ)渦街流量傳感(gǎn)👅器👈幾何🤩尺寸即(jí)渦街口徑、阻擋(dang)體寬度與斯特(tè)勞哈爾數sr有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數的關(guan)系如圖2所示,可(ke)見，當雷諾數Re在(zài)2x104~7x106之間時,Sr可視爲(wèi)常數。也就是說(shuō),對于一台口徑(jing)、阻擋體幾何尺(chǐ)寸已經确定的(de)⛹🏻‍♀️渦街流量計,它(ta)的儀表系數在(zài)一定的🔴流速範(fan)圍内是定值的(de)。
 
2渦街流量計的(de)特點
1)可測量液(ye)體、氣體、蒸汽的(de)流量;
2)輸出爲脈(mo)沖頻率,其頻率(lǜ)與被測流體的(de)實際體積流量(liang)🔴成正比,且不受(shou)流體組分、密度(du)、壓力、溫度的影(ying)響;
3)結構簡單,無(wú)機械運動部件(jian),長期運行穩定(dìng)可靠;
4)量程比适(shi)中,普通傳感器(qì)量程比可達10:1以(yi)上,智能渦👈街流(liú)量計量程比可(kě)達40:1;
5)壓力損失小(xiǎo)，約爲孔闆流量(liang)計的1/4~1/2。
3渦街流量(liàng)計在貿易計量(liàng).上的優勢
1)渦街(jiē)流量信号爲數(shù)字頻率方式,測(cè)量精度高
　　渦街(jie)流量計的旋渦(wō)分離頻率是與(yǔ)體積流量的大(da)小成正比的🚩,且(qie)分離頻率不受(shòu)流體組分、密度(dù)、壓力溫度的影(yǐng)響。隻要測💞量出(chu)☂️旋渦個數,就可(ke)以準确計👣算出(chū)體積流量，而旋(xuán)渦個數的測量(liang)是純數字概念(nian),不存在測量數(shù)值上☂️的誤差，讓(rang)渦街流量💋計具(jù)有了全量程範(fàn)圍🏃内流量信号(hao)精确的特點🤩,是(shì)其它模拟類流(liú)量計不可☂️比拟(nǐ)的優點。傳感器(qì)線性均爲18的脈(mo)🔞沖型渦街和模(mó)拟類流量計精(jīng)度對比如表1所(suo)示。
 
2)補償運算簡(jiǎn)單,計算精度高(gao),未知參數少
　　渦(wō)街流量計的體(ti)積流量可以通(tōng)過測量旋渦分(fen)離頻率得知💃🏻,蒸(zheng)汽密度、氣體密(mì)度、壓縮系數都(dōu)可以通👉過測量(liang)溫度壓力進行(háng)補償計算,且計(ji)算公式均爲國(guó)标或國際公🈲式(shì),計算精度高。與(yǔ)差壓式流量計(ji)對比,差壓式流(liu)量計計算結果(guǒ)受密度、粘度、等(deng)熵指數🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、壓縮系(xì)數、氣⚽體可膨脹(zhàng)系🔴數以及結構(gòu)尺寸熱脹冷縮(suo)變化的影響2,補(bǔ)償計算較複雜(zá),且很多差壓式(shi)流量計并沒有(yǒu)氣體💔可膨脹系(xi)數的補償計算(suàn)公式,因此,計量(liàng)結果會存在💛一(yī)定偏差。
　　渦街流(liú)量計算法流程(cheng)如圖3所示,圖中(zhong)虛線框爲外✊部(bù)💞采集信号,實線(xian)框爲計算參數(shu);差壓式流量計(ji)算法流程如有(yǒu)圖4所示,圖中虛(xu)線框爲外部信(xìn)号及已知參數(shu),實線框爲計算(suan)參數。
 
3)儀表測量(liàng)異常時,能快速(su)分析判斷
　　由于(yú)卡門渦街流量(liàng)信号是由旋渦(wō)頻率數值來.體(tǐ)現的,在正常💯情(qing)況下,旋渦分離(li)頻率是穩定的(de),隻有當傳感器(qì)🥵發生異常或工(gōng)況發生變化時(shi),旋渦分離頻率(lǜ)才🏒會有很大的(de)變化,因此,通過(guo)觀察渦街流量(liàng)傳感器頻率變(bian)化範圍的大小(xiǎo)，可以很方便的(de)分析出傳感器(qì)是否存在故障(zhang),不會出現模拟(nǐ)類傳感器在使(shi)用時因👅爲零點(diǎn)偏移或模拟轉(zhuan)換誤差而帶來(lai)不易發現的計(ji)量誤差。渦街信(xìn)号如圖5所示
 
　　觀(guan)察渦街流量計(jì)放大整形後波(bō)形,若爲均勻方(fang)波信号,則爲正(zhèng)常流量變化;若(ruo)出現明顯不均(jun)勻方波信号,則(zé)可能爲外界幹(gàn)擾、超出測量範(fan)圍或傳感器故(gù)障導👈緻。
4渦街流(liu)量計在貿易計(ji)量上的注意事(shi)項
　　除常規的選(xuǎn)型設計外，渦街(jie)流量計用在貿(mao)易計量♍時‼️,還應(ying)注意以下幾點(dian):
1)蒸汽狀态變化(hua)對流量測量的(de)影響測量蒸汽(qi)時,在蒸汽經過(guo)閥i]或較長管道(dao)輸送後,可能會(huì)産生蒸汽狀态(tài)變化☂️的情🏃況:.
(1)過(guo)熱蒸汽變爲飽(bǎo)和蒸汽
　　過熱蒸(zheng)汽在管道輸送(sòng)過程中，會産生(sheng)熱能損失,即溫(wen)度降低。當溫度(dù)降到一-定程度(dù)時,會從過熱蒸(zheng)汽狀态進入臨(lín)界幹飽和狀☂️态(tai)或過飽和狀态(tài)。
　　如進入幹飽和(he)狀态，理論上不(bú)會産生計量誤(wu)差。因幹飽和蒸(zheng)汽仍屬于蒸汽(qi)範疇,且測量過(guo)熱蒸汽一般選(xuan)用溫度壓力雙(shuāng)補償🔞方式,同時(shi)适用于過熱蒸(zhēng)汽和幹飽和蒸(zheng)汽的密度補償(cháng)。
　　如進人過飽和(he)狀态(即濕飽和(hé)狀态),濕度會以(yǐ)水滴、水💰霧🌂的狀(zhuang)态存在,勢必影(ying)響介質的密度(dù)。但蒸汽的🚶‍♀️密度(du)✉️補償算法僅适(shi)📱用于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻幹蒸汽的(de)計量,因此濕度(dù)越大(幹度越小(xiǎo)),誤差越大。一般(ban)情況下，幹度≥95号(hao)時,誤差較小;幹(gàn)度<958時,誤差❤️過大(da)。
解決方法:
①減短(duǎn)輸送管道距離(li);
②做好管道的保(bao)溫;
③當輸送管道(dào)過長時,将儀表(biǎo)安裝管道擡高(gāo)，或增加排液裝(zhuāng)🌈置。
(2)飽和蒸汽變(biàn)爲過熱蒸汽4
　　理(lǐ)想的飽和蒸汽(qi)狀态是溫度、壓(yā)力、密度呈一-對(duì)應關系,知✉️道📐其(qi)中一個參數,即(ji)可計算出另外(wai)兩個，因此測量(liang)飽和蒸汽--般采(cǎi)用單補償方式(shì),即單溫度補償(chang),或單壓力補償(cháng)。但當飽和蒸汽(qì)經過加壓閥産(chǎn)生大幅降壓❗時(shí),可能由飽和狀(zhuang)态轉變成過熱(rè)蒸汽。此🔱時若采(cǎi)用單溫度補償(cháng)計算的密度誤(wu)差較大，采用🧑🏽‍🤝‍🧑🏻單(dān)壓力補償計算(suan)的密度誤差相(xiang)對較小;如果能(neng)選用溫壓補償(cháng)方式🥰,則不會産(chǎn)生誤差。
　　蒸汽減(jian)壓和流量測量(liàng)示意圖如圖6所(suo)示。化工廠鍋爐(lú)出口的飽和蒸(zheng)汽(1MPa,184.1℃),經過減壓閥(fá)後轉變爲過熱(rè)蒸汽狀态(0.42MPa,162.4℃,.密度(dù)2.7048kg/m3),不同補償方式(shì)計算的密度對(dui)比如表2所示,溫(wēn)度補償誤差高(gao)達27.61号,而壓力補(bu)🔴償誤差僅在2.60号(hào)。
 
解決方法:
①流量(liang)計安裝在減壓(ya)裝置上遊;.
②若安(ān)裝在減壓裝置(zhì)下遊,盡量采用(yong)溫壓雙補償方(fāng)式,或單壓⭕力補(bu)償方式。.
2)選擇具(jù)有内置精度高(gao)标準算法的渦(wō)街流量計
　　軟件(jian)算法會對渦街(jie)流量計計量的(de)精度造成較大(dà)🔞影響。如蒸💔汽密(mi)度、氣體壓縮系(xì)數,都是影響計(ji)算精度的關鍵(jian)參數。
　　蒸汽密度(dù)的計算方法有(you)查表法和公式(shi)法兩種,兩種算(suan)法中公式法相(xiàng)對精度高,并且(qie)可以對蒸汽飽(bao)💞和及過熱區域(yù)進行判斷;查表(biao)法覆蓋區域有(yǒu)限,對于蒸汽飽(bǎo)和及🙇🏻過熱區🔅域(yù)沒有正确的界(jiè)限。
　　氣體的壓縮(suo)系數也是随工(gōng)況條件而變化(hua)的,如果默認👌按(an)1計算,則計算結(jie)果會存在--定偏(pian)差。因此,測氣體(ti),尤其是測天然(rán)氣時,應📱選用帶(dai)有壓縮系數補(bu)償功能的渦街(jie)流量計。天然氣(qì)壓縮系數曲線(xiàn)如圖7所👉示。
 
5結語(yǔ)
　　渦街流量計是(shi)目前最适合貿(mào)易計量的流量(liàng)計之一，因爲💘通(tong)過渦街輸出的(de)漩渦頻率的穩(wěn)定性能夠💋直觀(guān)♌地判斷出流量(liang)計工作是否異(yi)常，且壓損小、安(an)裝方便,長期使(shi)🐅用中渦街流量(liàng)🤞計産生的表體(tǐ)結構偏差對儀(yí)表系數的影響(xiang)很小，因此可以(yi)長期作爲🔞計量(liang)儀表使🚶‍♀️用。

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