摘要(yao)：爲克服液(ye)體容積式(shi)流量計的(de)缺陷，在卡(ka)門渦街原(yuan)理⁉️和創新(xīn)的基礎上(shàng),基于渦街(jie)流量傳感(gǎn)器 的精度(du)高液體旋(xuán)渦流量計(ji)。實際應用(yòng)表明:該旋(xuán)渦🚶流量計(ji)具有精度(dù)高、量程寬(kuan)及對前後(hòu)直管段要(yao)求低等優(you)點，可應🧡用(yòng)于環境苛(ke)刻的計量(liang)場合。
　　液體(ti)流量計 主(zhu)要以液體(tǐ)容積式流(liu)量計“爲主(zhu)，如 橢圓齒(chǐ)輪流量計(jì) 、螺旋轉子(zǐ)流量計及(jí)羅茨流量(liàng)計等,其共(gòng)同點是精(jīng)度較高且(qie)有👄一對轉(zhuan)子，系機械(xiè)式流量計(jì);但量程窄(zhai)、結構複雜(zá)、零部件加(jiā)工精度高(gāo)、材料成本(ben)高、可動部(bù)件的轉子(zǐ)易磨損、壓(ya)力損失大(dà)、易卡滞🈲、不(bú)能計量含(han)顆粒物或(huo)結晶的液(yè)體、不耐高(gāo)溫及不能(neng)🙇🏻用蒸汽吹(chui)掃等缺陷(xiàn)，因此适用(yòng)場合非常(cháng)有限。普通(tōng)旋渦流量(liàng)計指渦街(jie)流量計，但(dan)其精度很(hěn)難達到一(yī)-級以上,對(dui)前後直管(guan)段等安裝(zhuang)工藝的要(yao)求也🔞較高(gāo),而且可測(ce)液🈚體流速(sù)較高; 渦輪(lún)流量計 結(jie)構複雜，有(you)轉動的渦(wō)輪轉子和(he)軸承，對零(líng)部件加工(gong)精㊙️度要求(qiú)高,也不耐(nài)高溫,不能(néng)測量易結(jié)晶流體。
　　目(mu)前工業生(shēng)産中對精(jing)度高、安裝(zhuang)要求低、性(xing)能可靠、适(shi)用範圍☀️廣(guang)的高品質(zhì)流量計的(de)需求越來(lái)越多。爲克(kè)服液體🐇容(róng)積🧑🏽‍🤝‍🧑🏻式流♈量(liàng)計⁉️的缺陷(xian),在卡門渦(wō)街原理和(he)技術🏒創新(xin)的✉️基礎上(shang)，研制基🌏于(yú)渦街流量(liang)傳感器的(de)液體旋渦(wō)流量計。
1液(ye)體旋渦流(liú)量計①
1.1計量(liang)原理
　　液體(ti)旋渦流量(liàng)計的基本(běn)結構如圖(tu)1所示。測量(liàng)管表體的(de)剖視圖💰如(rú)圖2所示，可(kě)見其爲三(san)段式結構(gou)。
 
　　測量(liang)管表體與(yǔ)流體輸送(sòng)管相連，流(liú)體流入測(ce)量管表🔞體(tǐ),通過旋渦(wō)發生體的(de)流體分散(san)6處沿偏角(jiǎo)的葉片向(xiang)前流動,并(bing)産生繞管(guan)道中心軸(zhóu)旋轉的脈(mò)動旋渦流(liú)繼續流動(dong),随着縮口(kǒu)段的減小(xiao)，脈動旋渦(wō)流的✏️流速(sù)越來越大(dà)，到達直管(guan)段時流速(su)最大，并經(jīng)直管段的(de)二次整流(liú)後脈動流(liú)最強、最穩(wen)定，且環.繞(rao)管壁🈲處的(de)流速最☁️大(da);此時插入(ru)安裝在直(zhi)管段的旋(xuán)渦檢測傳(chuán)感器檢測(cè)到旋渦流(liú)的脈動頻(pín)率，該脈動(dong)頻率和流(liu)體流速成(chéng)良好☎️的線(xian)性關系，旋(xuán)渦檢🏃🏻測傳(chuan)感器輸出(chū)相應頻率(lǜ)的電信号(hào)到信🌍号處(chù)理與 積算(suan)顯示儀 後(hòu)進行信号(hào)處理并準(zhun)确計算出(chu)流體流量(liàng);計量過的(de)旋渦流經(jing)消旋器消(xiāo)旋整流成(chéng)無旋渦的(de)流體流往(wǎng)下遊管道(dao)。
1.2旋渦發生(shēng)體
　　旋渦發(fa)生體的不(bu)同于三角(jiao)柱或梯形(xing)柱田渦街(jie)旋👨‍❤️‍👨渦發生(shēng)體,它📐是在(zai)-一個小直(zhi)徑圓柱體(tǐ)上圓周螺(luó)旋分布安(an)裝🎯6個直葉(yè)片,6個直葉(ye)片沿圓周(zhōu)均勻分布(bu)且與中心(xīn)軸呈40°偏角(jiao)。這種特殊(shū)結構的旋(xuán)渦發生體(ti)既是旋渦(wō)流的發生(sheng)體，又具有(yǒu)流動調整(zheng)器的作用(yong),因🐕此經過(guo)該旋渦發(fā)生體産生(shēng)的旋渦流(liu)場更穩定(ding)、更強，旋渦(wo)流對安👌裝(zhuāng)在後面的(de)流🚩量傳感(gan)器作用力(lì)也更大,有(you)利于流量(liàng)🔴信号的檢(jian)測，也從根(gēn)本上保證(zheng)了流量計(ji)具有良好(hao)的重複性(xing)”;此特征也(yě)是💜作爲液(ye)體旋渦流(liu)量計的首(shǒu)要和必要(yào)條件;該結(jié)構特點也(yě)使該流量(liàng)計不僅對(dui)安裝工藝(yì)要求低，特(te)别是對前(qián)後直管段(duan)長度的要(yào)求更低(前(qian)直管段3D~5D,後(hou)直管段1D~2D),而(er)且可以👅抑(yì)制上遊脈(mo)動流、紊🆚流(liu)0、管道振動(dòng)和流體氣(qi)穴的幹擾(rǎo),這是渦街(jiē)流量計與(yǔ)其他速度(du)式流量計(ji)所不具備(bèi)的。另外,該(gāi)部件整體(ti)采用不鏽(xiù)鋼材料，可(kě)耐🏃🏻高溫耐(nai)腐蝕。
1.3測量(liang)管表體
　　測(cè)量管表體(ti)是具有特(tè)殊結構和(he)尺寸的三(sān)段式直通(tōng)管，全部采(cai)用不鏽鋼(gāng)制成;表體(ti)内通道形(xing)狀像經典(diǎn)的🏃🏻‍♂️文丘裏(li)管,但與其(qí)作用有本(běn)質區别，此(ci)處結構不(bu)同于文丘(qiu)裏管獲得(dé)上下遊符(fú)合特定函(hán)數規律🔴的(de)壓差參數(shù)，而是獲得(de)一個适度(du)的壓差和(he)流體的加(jiā)速作用，起(qi)到對旋渦(wō)流🌏體二次(ci)整流的作(zuò)用，二次整(zheng)流過的旋(xuan)渦流脈動(dong)更強,旋渦(wo)傳感器就(jiu)是檢測此(ci)時的旋渦(wo)流脈動。另(lìng)外💰，此三段(duàn)式流體通(tōng)道的壓損(sun)較小,對流(liú)量計的流(liu)量特性曲(qǔ)線有調整(zhěng)功能，在結(jie)合大量✌️實(shí)驗數據的(de)基礎上🤞優(you)化計算出(chu)一🈲套尺寸(cùn)參數，按此(cǐ)尺寸🏃🏻‍♂️設計(jì)的💃流量計(ji)在較寬的(de)流量範圍(wei)仍具有很(hěn)高的線性(xing)度,這♋個特(tè)征是作爲(wei)流量計能(neng)保證的關(guān)鍵;直管段(duàn)部分的直(zhi)徑比參數(shu)的設計值(zhi)大于0.7,從而(ér)在滿足精(jīng)度要求的(de)☎️同時☔實現(xiàn)流通截面(mian)最大化，從(cóng)根🏃本.上☔減(jiǎn)小工作時(shí)的壓損，後(hòu)期實驗🚶‍♀️驗(yan)證壓損僅(jǐn)爲同口徑(jing)容積式🐉流(liú)量計的20%~30%，節(jie)能效果♈明(ming)顯;該設計(jì)也保證了(le)整個流體(tǐ)管道内光(guang)滑流線無(wu)死角,不會(huì)造成堵塞(sāi)及介質留(liú)存等現象(xiang),可用于🍓易(yi)結晶、含顆(ke)粒物、非⛷️潔(jié)淨液體或(huo)具有衛生(shēng)潔淨要㊙️求(qiu)的液體🙇🏻計(ji)量。
1.4旋渦檢(jian)測傳感器(qì)
　　(簡稱傳感(gǎn)器),該傳感(gan)器采用高(gāo)溫铌酸锂(lǐ)壓電晶體(tǐ)技🌏術040、探頭(tou)内腔無填(tian)充材料結(jié)構、抽真空(kong)全氩弧焊(han)接密封技(ji)術及剛性(xìng)的金屬铠(kai)裝導線等(děng)新材料和(hé)新工藝技(ji)術制成;探(tan)頭也采用(yong)不鏽鋼材(cai)料制成。該(gāi)傳感器具(ju)備通用性(xìng)、耐高溫、抗(kàng)振性強和(he)信噪比高(gāo)🛀的特點，既(ji)可用于渦(wo)街流量計(ji)又可用🈲于(yú)本流量計(jì)。旋渦檢測(cè)傳感器内(nei)部封裝的(de)🚶壓電晶體(tǐ)爲居裏點(dian)溫度在1200℃的(de)铌酸锂單(dān)晶體📧,從根(gen)本上保證(zheng)了傳感器(qì)耐高溫400℃的(de)性能;采用(yong)🔞内部無填(tián)充結構、封(fēng)裝工藝和(he)剛性铠裝(zhuang)導線結構(gou)形㊙️式，保證(zheng)🏃🏻了傳感器(qi)具有很高(gāo)的信噪比(bi)和抗振性(xing)。該設計也(yě)是本課題(tí)的基礎所(suǒ)在，采用渦(wo)街流量傳(chuan)感器配套(tao)方案使得(de)該流量計(jì)保留🌈了渦(wō)街流量計(ji)全部的優(yōu)點。
1.5信号處(chu)理和流量(liàng)積算儀
　　由(yóu)于流量傳(chuan)感器采用(yòng)了壓電式(shì)渦街流量(liàng)傳感器，所(suǒ)以信㊙️号變(bian)送器、流量(liàng)計積算儀(yí)和 渦街流(liú)量計 的設(she)計相同。由(you)信号處理(lǐ)和流量積(jī)算儀組成(chéng)的電氣🈚系(xi)統結構框(kuang)圖如圖3所(suǒ)示。
 
　　渦街流(liú)量傳感器(qì)輸出的電(dian)荷信号經(jing)電荷放大(da)器轉換爲(wèi)電壓🐪信号(hao),再通過電(diàn)壓放大器(qì)、低通濾波(bo)器和電壓(ya)跟随器的(de)濾波放大(da)與整形後(hou)輸出脈沖(chòng)信号進入(ru)單片機;單(dān)片機采用(yòng)16位超低功(gōng)😍耗MSP430s系列芯(xin)片,使得該(gāi)流量計具(ju)有雙電源(yuán)供電功能(neng),輸出信号(hao)有三線制(zhì)脈沖☁️、兩/三(san)線制4~20mA電流(liu)兩種,還具(jù)有RS485通信功(gōng)能👨‍❤️‍👨等,充分(fen)滿足各種(zhǒng)工業計量(liang)場合的需(xū)求。
2測試與(yǔ)應用
　　評定(ding)流量計性(xing)能指标主(zhǔ)要有4個參(can)數:K系數、量(liàng)程比、重複(fu)性和精度(du)等級。其中(zhong),K系數是指(zhǐ)一個測量(liàng)周期内,流(liú)量計輸出(chu)的脈沖數(shù)與流過流(liu)量計的相(xiang)應流🤟體總(zǒng)體積之比(bǐ),每台流量(liàng)計都🥰.有一(yi)個對應的(de)平均K系數(shù),一般都是(shi)通過實流(liu)标定得出(chu)的;量程比(bǐ)是指流量(liang)計可測🈚最(zui)大流量值(zhi)與最小流(liú)量值的比(bi)值;重複性(xing)是指在相(xiang)🔴同測量條(tiao)件下🔞,重複(fu)測量同一(yī)💋個被測量(liàng),測量儀器(qi)提💛供相近(jin)示值的能(néng)力;精度等(děng)級是👌指符(fu)合一定的(de)計量要求(qiu)，使誤差保(bao)持在規定(ding)極限✨以内(nei)的測🌈量儀(yi)器的等别(bié)或級别。
　　根(gēn)據上述測(ce)試性能指(zhi)标，對該方(fāng)案研制的(de)DN25mm、DN32mm和DN50mm共3種口(kǒu)徑的👈樣機(jī)一批共10台(tái)進行測試(shi)，10台樣機啓(qǐ)停質量法(fǎ)水流量标(biao)準裝置上(shàng)全部通過(guò)0.5級合格檢(jiǎn)定,特别是(shi)重複性指(zhi)标❓，全部優(yōu)于0.1%。其中一(yi)台DN25mm口徑樣(yàng)機的标定(ding)結果見表(biǎo)1,其量程比(bǐ)達15:I,最小流(liú)速測到0.28m/s,量(liang)程範圍明(míng)顯高于同(tóng)口徑的各(ge)種容積式(shì)流量計,精(jīng)度等級高(gao)于渦街流(liú)量計等其(qi)他普通速(su)度式流量(liàng)計。
 
　　2014年，國内(nèi)某核電站(zhàn)定制了一(yī)台DN25mm口徑液(yè)體旋渦流(liú)量🌈計，用于(yú)計量含結(jie)晶和顆粒(lì)物的核廢(fei)液,經用戶(hu)現場标定(dìng)其精度等(děng)級達到0.4;另(ling)一化工企(qi)業用戶的(de)一台DN25mm口徑(jing)液體旋渦(wō)流量計,用(yong)于✨計量150℃下(xià)的甲基鄰(lín)苯二铵有(yǒu)機液流量(liang),介質粘度(du)150mPa.s,用戶現場(chang)實.流标定(ding)其精度等(děng)級達到0.5級(jí)。
3結束語
　　設(she)計的基于(yu)渦街流量(liàng)傳感器的(de)液體旋渦(wo)流量計吸(xī)收了容積(ji)式流量計(jì)、渦街流量(liang)計及文丘(qiu)裏管流量(liàng)計🌈等多種(zhǒng)技術或🌏性(xing)能的優點(dian),該流量計(ji)所采用⛷️的(de)關鍵部件(jiàn)一通用渦(wō)🥵街流量傳(chuán)感器技術(shu)已獲國家(jia)專利授權(quán),整機技術(shù)可測液⚽體(tǐ)旋渦流量(liang)計也已獲(huo)國家專利(lì)0，是結構簡(jiǎn).單、整機零(líng)部件少、制(zhì)造成本低(dī)和機電一(yi)🌈體智能化(huà)的液體流(liú)量計，樣機(jī)測試和用(yòng)戶的實♈際(jì)應.用都證(zhèng)實其測量(liàng)精度較高(gao)。該流量⛹🏻‍♀️計(ji)還适用于(yú)有特殊要(yào)求的計量(liàng)場合。  

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