摘(zhai)要:傳統的渦(wo)街流量計 對(duì)管徑雷諾數(shu)Rep<104時的流量不(bu)能測量,且儀(yí)表的耐展性(xìng)差,遇💁到☔安裝(zhuang)地點晨動或(huò)管道振動的(de)場合,則測量(liàng)結果經🚶常失(shī)真，不能保證(zhèng)準确,并且儀(yi)表的安裝條(tiao)件苛刻。文中(zhōng)介紹了基于(yu)電磁檢測法(fǎ)的電礅渦💃街(jie)流量計的原(yuan)理、設計及如(ru)何克服上述(shu)缺點的舉措(cuo)。
　　自從1969年第一(yī)台渦街流量(liang)計問世以來(lái),由于可以測(cè)🛀🏻量氣體、液體(ti)和蒸汽的流(liu)量,而且結構(gòu)簡單、範圍度(dù)寬、壓🙇🏻力損失(shī)低、輸出信号(hao)和流量呈線(xian)性關系、價格(gé)适中,使得渦(wo)街♊流量計的(de)發展異常迅(xùn)速,市場占有(yǒu)率上升到流(liu)量儀表的10%以(yi)上。渦📞街流量(liàng)計在工業應(ying)用中仍然存(cún)在以下問題(ti):
(1)抗幹擾性差(chà),尤其對管道(dao)振動敏感,影(yǐng)響測量結果(guo);
(2)渦街流量計(jì)是速度式儀(yi)表,流體在管(guǎn)道流動時的(de)分布畸變🍉會(hui)🐉影響漩渦的(de)形式，要求在(zai)流量計的上(shang)遊至少安❤️裝(zhuang)10D(D爲管道直徑(jing))長度的直管(guan)段，下遊則有(you)💁5D的直管段;
(3)測(cè)量時,被測流(liú)體必須滿足(zú)Rep≥2X104才能産生穩(wen)定的漩禍。
1測(cè)量原理
　　如圖(tú)1所示，電磁渦(wō)街流量計由(you)二部分組成(cheng):轉換顯🌈示✨電(diàn)🔞路❤️(上部)和流(liu)量傳感器(下(xia)部)。流量傳感(gǎn)器主要由漩(xuán)渦發生體、信(xin)号電極💛、永久(jiu)磁鐵、殼體組(zu)成。渦街流量(liàng)傳感器的工(gong)作原理如圖(tú)2所示。
　　被測流(liu)體流經漩渦(wo)發生體時，當(dang)流量增大到(dào)一定程度時(shí),流🐉體會在漩(xuan)渦發生體兩(liang)側産生交替(tì)變化的兩列(lie)漩渦。當兩列(lie)漩渦的距離(lí)h滿足公式h=1.3b時(shí),産生的漩渦(wo)是穩定的。單(dān)列漩渦的頻(pin)率和流體流(liú)速之間呈下(xià)列關系:
 
　　式中(zhong),v1爲漩渦發生(sheng)體兩側平均(jun)流速,m/s;b爲漩渦(wo)發生體🧑🏾‍🤝‍🧑🏼迎流(liú)面的最大寬(kuān)度,m;St爲斯特勞(lao)哈爾數,當雷(lei)諾數ReD≥2X104,漩渦發(fa)生體和管徑(jìng)尺寸确定後(hòu),是一常數。将(jiāng)式(1)整理得
 
　　當(dang)渦街流量計(ji)的柱寬比b/D=0.28時(shi)，經計算漩渦(wo)發生體兩側(cè)的流通面🔴積(jī)S1爲
 
　　由式(4)知，對(dui)于已确定口(kǒu)徑的流量計(ji),b、D固定。在一定(ding)的💰流量範圍(wéi)内St是常數,所(suo)以K爲一常數(shu);則單列漩渦(wō)的頻率ƒ和流(liú)量qv成正比，隻(zhi)要檢測出漩(xuán)渦的頻率數(shu)就🐕可以知道(dao)被測☎️流體的(de)流量大小。
　　由(yóu)圖1可以看出(chū),在滿渦發生(sheng)體的下遊有(yǒu)--處在磁場☀️中(zhong)心的電極,振(zhèn)動漩渦列向(xiàng)下遊移動時(shí)作用于信号(hào)電極上,使信(xin)号電極産生(shēng)和漩渦頻率(lǜ)相同頻率📱的(de)振動☁️。由電磁(cí)🌈感應定律,信(xin)号電極在☔磁(cí)場中作切割(ge)磁力線運動(dong),信号電極會(hui)産生感應電(dian)動勢。
 
　　式中,Ex爲(wei)感應電動勢(shi),V;B爲磁感應強(qiáng)度,T;d爲信号電(diàn)極直徑,m;V2爲信(xìn)号電極切割(gē)磁力線速度(dù),m/s。
　　流體流經漩(xuán)渦發生體産(chǎn)生交替變化(huà)的遊渦,湔渦(wo)作用于信🈲号(hào)⚽電極.上産生(shēng)感應電勢Er,其(qí)極性也随漩(xuan)渦的交替變(biàn)化而變化,Ex變(bian)化頻率就是(shì)漩渦的頻率(lü)。因此,隻💃要測(ce)出🌈信号電極(jí)輸出的感應(ying)電勢Ex,就可知(zhī)道流體的體(ti)積流量🔴qv。
2傳感(gǎn)器的研制
2.1傳(chuán)感器殼體設(she)計
(1)采用了漸(jiàn)縮測量導管(guǎn)經一角度漸(jian)縮爲管道直(zhi)徑的4/5,傳感器(qì)本體經這樣(yàng)設計後,在流(liu)量不變的條(tiao)件下，流🐆過傳(chuan)感器的流🔞速(su)增加,管徑雷(lei)諾數Re增加，解(jie)決了拓寬測(ce)量下限的矛(máo)盾。從流體的(de)連續性方程(chéng)可得
 
　　式中,S爲(wèi)管道内截面(mian)積，m2;v爲流經管(guan)道内截面的(de)平均㊙️流速，m/s;S1爲(wèi)流體💚流經有(yǒu)漸縮測量導(dao)管的漩渦發(fa)生體處的流(liú)通‼️截面積,m2則(ze)
 
　　上式說明，流(liu)經傳感器的(de)流體,流速大(da)大增加了,在(zai)✌️被測量流體(tǐ)的其它條件(jian)不變的條件(jian)下。管徑雷諾(nuò)數數值有很(hen)大的改變,經(jing)過計算可将(jiāng)流體的雷諾(nuò)數下限從2X104降(jiàng)到2080,從而大大(dà)加寬了電磁(ci)渦街流量計(ji)的量程比🔞。經(jīng)現場實驗,電(diàn)磁渦街流量(liang)計的量程比(bi)爲25:1。
(2)電磁渦街(jie)流量傳感器(qi)的漩渦發生(shēng)體在三角柱(zhù)的基礎上做(zuo)💯了改進，将漩(xuán)渦發生體迎(ying)流面、背流面(miàn)設☎️計成和梯(tī)形柱具有相(xiang)同外接圓的(de)圓柱面。漩渦(wo)發生體的迎(ying)流面設計成(cheng)圓柱面🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，從而(er)具♍有圓柱型(xing)漩📱渦發生體(ti)St較大的優點(diǎn),在管徑和迎(yíng)流面🈲寬度相(xiàng)同的條件下(xià)，流過相同體(ti)積的流體時(shí),漩渦發生體(ti)可以産生更(gèng)多的漩禍，使(shi)渦街流🏃🏻量計(ji)可以測量☎️比(bǐ)較小的流量(liang),拓寬了流量(liang)測量下限。
　　渦(wō)街流量計是(shì)速度式流量(liàng)計,它是以測(ce)量流體流經(jing)管道的平均(jun)流速爲測量(liàng)依據的儀表(biǎo)。當流體流經(jīng)漩渦發📐生體(tǐ)時，産📧生的漩(xuán)渦容易受到(dào)傳感器上遊(you)側局部阻力(li)件的影🚩響,尤(you)其是流體💋流(liú)經管道産生(sheng)分布型畸變(biàn)時，産生的謙(qian)渦質量将受(shòu)到破壞，因此(cǐ)安裝渦街流(liu)量計時，上遊(yóu)側至少要♍有(yǒu)10D長度的直💋管(guǎn)段(一般爲20D直(zhi)管段長度),下(xia)遊側要有5D長(zhǎng)度的直管段(duàn)。電磁渦街流(liu)量計本體經(jing)過上述巧妙(miào)設計後,可将(jiang)🏃🏻上遊側直管(guan)段長🔅度要求(qiú)縮短到6D,下遊(yóu)側直管段長(zhǎng)度3D。
2.2轉換電路(lù)設計
　　電磁渦(wo)街流量計的(de)轉換電路的(de)任務是把流(liú)量傳感器輸(shū)出的感應電(diàn)動勢信号轉(zhuan)換成瞬時流(liu)量、累積流量(liàng)和标準🤟頻率(lǜ)信号💜輸出。電(dian)磁檢測的渦(wo)街流量計轉(zhuǎn)換電路結構(gòu)框💚圖如圖3所(suǒ)示。
 
　　轉換電路(lù)工作過程是(shi):被測流體流(liú)經電磁流量(liàng)傳🏃🏻‍♂️感器,産生(sheng)漩渦,交替變(bian)化的漩渦推(tuī)動信号電極(jí)在磁場中切(qie)割磁力線,從(cong)而🌂産生感應(ying)電勢Ex,微弱的(de)感應電勢信(xin)号Ex經前置放(fàng)大、交流放大(da)和低通濾波(bō),然後由施密(mi)特獨發器整(zhěng)形爲标準頻(pin)率脈🐇沖,此信(xin)号進入微處(chu)理器CPU,進行各(ge)種運算,再經(jing)液晶顯示器(qi)顯示瞬時流(liu)量🔞、累積流量(liang)等。爲防止儀(yi)表掉電，在電(dian)路👨‍❤️‍👨中設計了(le)掉電保護裝(zhuāng)置。爲降低功(gong)耗,提高轉換(huan)電路🐇的抗幹(gan)擾功能,轉🐇換(huan)電路所有的(de)集成電路均(jun)采用微功耗(hao)器件[2],電源采(cai)用電池供電(dian),使得儀表小(xiao)巧美觀。其主(zhǔ)要特點是:
(1)采(cai)用電磁檢測(ce)漩渦的頻率(lü),避開了檢測(cè)漩禍升力的(de)方法,耐振動(dong)性好,消除了(le)三維方向上(shàng)的振動幹擾(rao)，現場實驗也(ye)充分證明🔴了(le)這一優點。
(2)電(diàn)磁渦街流量(liang)傳感器的激(ji)磁裝置采用(yong)永久磁鐵💁。轉(zhuǎn)換電路由❌于(yu)采用了一系(xi)列的低功耗(hào)設計方法,因(yīn)而可采用電(dian)池供電,不需(xū)要交流電源(yuán),直接消除👨‍❤️‍👨了(le)因交流供電(dian)而引入的工(gong)頻幹擾，抗幹(gàn)擾能力強🌍。
3應(ying)用
　　由于電磁(ci)法檢測漩渦(wo)頻率的電磁(ci)渦街流量計(ji)具有❗範😍圍度(dù)寬、耗電少、壽(shou)命長、抗振性(xìng)好、安裝條件(jian)要求寬松的(de)優點，因而應(yīng)用❌範圍比較(jiao)廣。現已經研(yán)推出DN15一DN200系列(liè)，DN40的測量精度(du)可達0.8%，可用于(yu)測量大部分(fèn)的氣體、液體(tǐ)流量，适用于(yu).複雜的化工(gong)生産💯環境,适(shi)用💰溫度範圍(wei)可達-40℃~250℃,可以準(zhun)确測量雷諾(nuo)數大于3000的液(yè)體流量。本流(liu)量計屬于無(wu)空洞設💁計,具(ju)有避免肮髒(zāng)介📞質堵塞的(de)優點,适用于(yú)污✔️水的測量(liang)✏️。在通訊方面(mian),本流量計采(cai)用了HART通訊協(xie)議，可進行遠(yuan)程通訊。

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