摘要:由于(yú)能源價格的不斷(duan)上漲,用能成本已(yǐ)經成㊙️爲衆多工業(ye)🔴企業的主要運營(ying)成本之一,對于能(néng)源的計量也越來(lai)♉越成爲社會的關(guan)注焦點,能源計量(liàng)器具的配備合理(lǐ)與否.計量準确與(yǔ)否與企業的切身(shēn)利益息☁️息相關。渦(wō)街流量計 由于原(yuán)始信号爲數字信(xìn)号，具有測量精度(dù)高、補償計算簡單(dān),異🔞常狀況時易于(yu)分析的優勢,在能(néng)源的貿易計量上(shàng)占❗有一席之地。該(gāi)文介紹了渦街流(liú)量計的測量原理(li),分析了渦街流量(liang)計在貿易計量上(shang)的優勢,以及渦街(jiē)流量計應用于貿(mao)易計量時的注意(yi)事項。
　　渦街流量計(ji)是一種應用卡門(mén)渦街原理的流量(liàng)計,用于液體、氣體(tǐ)和蒸汽的測量,也(yě)可測量含有微小(xiǎo)顆粒、雜質的渾🏃‍♂️濁(zhuó)液體，廣泛應用于(yu)石油、化工、制藥、造(zào)紙、冶💜金、電力、環保(bǎo)、食品等行🔴業。
1渦街(jiē)流量計的工作原(yuan)理
　　渦街流量計是(shi)以卡門渦街理論(lun)爲基礎:當流體流(liú)✊經非線性的三角(jiao)柱擋體時,在擋體(ti)的兩側就會交替(tì)産生有規則✏️的旋(xuán)渦信号,該旋渦的(de)分離頻率與流體(tǐ)的流速成正比”。渦(wō)👣街流量計結構原(yuán)理如圖1所示。
　　根據(jù)卡門渦街原理,有(you)如下關系式:
 
式中:
m一旋渦(wō)發生體兩側弓形(xing)面積與管道橫截(jie)面面積之比❤️(無量(liàng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻綱);
D一表體通徑(單(dān)位:m);
d一旋渦發生體(ti)迎面寬度(單位:m);
f一(yi)旋渦的發生頻率(lü)(單位:Hz);
U1一旋渦發生(shēng)體兩側平均流速(sù)(單位:m/s);
Sr一斯特勞哈(hā)爾數(無量綱);
U一被(bei)測介質來流的平(ping)均速度(單位:m/s);
qr一瞬(shùn)時體積流量(單位(wèi):m2/s);
K一流量計的儀表(biao)系數(單位:m3)
　　由公式(shì)可見,平均儀表系(xi)數的大小隻與渦(wo)街流量傳感器🌏幾(ji)何尺寸即渦街口(kǒu)徑、阻擋體寬度與(yǔ)斯特勞哈爾數sr有(you)關。斯特勞哈爾數(shu)與雷諾數的關系(xì)如圖2所示,可見，當(dang)雷諾數🤩Re在2x104~7x106之間時(shí),Sr可視爲常數。也就(jiù)是說,對于一台口(kǒu)徑、阻擋體幾何尺(chi)寸已經确定的🙇‍♀️渦(wo)街流量計,它的儀(yi)表系數在一定的(de)流速範圍内是定(ding)值的。
 
2渦街流量計(jì)的特點
1)可測量液(ye)體、氣體、蒸汽的流(liú)量;
2)輸出爲脈沖頻(pín)率,其頻率與被測(ce)流體的實際體積(jī)流量成正比,且不(bu)受流體組分、密度(dù)、壓力、溫度的影響(xiǎng);
3)結構簡單,無機械(xiè)運動部件,長期運(yun)行穩定可靠;
4)量程(cheng)比适中,普通傳感(gan)器量程比可達10:1以(yǐ)上,智能渦㊙️街🌈流量(liang)計量程比可達40:1;
5)壓(ya)力損失小，約爲孔(kǒng)闆流量計的1/4~1/2。
3渦街(jie)流量計在貿易計(jì)量.上的優勢
1)渦街(jie)流量信号爲數字(zi)頻率方式,測量精(jing)度高
　　渦街流量計(ji)的旋渦分離頻率(lü)是與體積流量的(de)大小成正比的,且(qiě)分離頻率不受流(liú)體組分、密度、壓力(li)溫度的影響。隻要(yào)測量出旋渦個數(shù),就可以準确計算(suan)出體積流量，而旋(xuán)渦個數的測量是(shì)純數字概念,不存(cun)在測量數值上的(de)誤差，讓渦街流量(liàng)計具有了全量程(cheng)範圍内流量信号(hao)精确的特點,是其(qí)它模拟類流量計(jì)不可比拟的優點(diǎn)。傳感器線性均爲(wei)🛀18的脈🌈沖型渦街和(hé)模拟類流量計精(jing)度對比如表1所示(shì)。
 
2)補償運算簡單,計(ji)算精度高,未知參(cān)數少
　　渦街流量計(ji)的體積流量可以(yi)通過測量旋渦分(fèn)離🥰頻率得知,蒸❗汽(qi)密度、氣體密度、壓(ya)縮系數都可以通(tong)過測量溫度壓力(lì)進行補償計算,且(qie)計算公式均爲國(guo)标或國際公式,計(jì)算❄️精度高。與差壓(yā)式流量計對☎️比,差(chà)壓式流量計計算(suàn)結果受密度、粘度(dù)、等熵指數、壓縮系(xi)數、氣體可膨脹系(xi)數以及結構🔞尺寸(cun)熱脹冷🙇🏻縮變化的(de)影響⚽2,補償計算較(jiao)複雜,且很多差壓(yā)式流量計并沒有(yǒu)氣體❗可膨脹系數(shu)的補償計算公式(shì),因此,計量結果會(hui)存在一定偏差。
　　渦(wo)街流量計算法流(liú)程如圖3所示,圖中(zhong)虛線框爲外🈲部采(cǎi)集✍️信号,實線框爲(wèi)計算參數;差壓式(shi)流量計算法流程(cheng)如有圖4所示,圖中(zhōng)虛線框爲外部信(xin)号及已知參數,實(shí)線框爲計算參數(shù)。
 
3)儀表測量異常時(shí),能快速分析判斷(duan)
　　由于卡門渦街流(liú)量信号是由旋渦(wo)頻率數值來.體現(xiàn)的,在正🈲常情況下(xià),旋渦分離頻率是(shì)穩定的,隻有當傳(chuan)感器發生💯異常或(huo)工㊙️況發生變化時(shí),旋渦分離頻率才(cai)❤️會有很大的變化(hua),因此,通過觀察渦(wō)街流量🤩傳感器頻(pín)率變化範圍的大(dà)小，可以很方便的(de)分析出傳感器是(shi)💃否存在故障🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,不會(hui)出現模拟類傳感(gǎn)器♈在使用時因㊙️爲(wèi)零點偏移或模🐕拟(ni)轉換誤差而💯帶來(lái)🔞不易發現的計量(liàng)誤差。渦街信号如(ru)圖5所示
 
　　觀察渦街(jie)流量計放大整形(xing)後波形,若爲均勻(yun)方波信号,則爲🚶正(zheng)常流量變化;若出(chū)現明顯不均勻方(fang)波信号,則可能爲(wèi)外界幹擾🚶、超出測(ce)量範圍或傳感器(qi)故障導緻。
4渦街流(liú)量計在貿易計量(liang)上的注意事項
　　除(chú)常規的選型設計(jì)外，渦街流量計用(yong)在貿易計量時,還(hái)應注意以下幾點(dian):
1)蒸汽狀态變化對(duì)流量測量的影響(xiǎng)測量蒸汽時,在蒸(zhēng)汽經過閥i]或較長(zhǎng)管道輸送後,可能(néng)會産生蒸汽狀态(tài)❗變化的情況:.
(1)過熱(re)蒸汽變爲飽和蒸(zheng)汽
　　過熱蒸汽在管(guan)道輸送過程中，會(hui)産生熱能損失,即(ji)溫度降低。當溫度(du)降到一-定程度時(shí),會從過熱蒸汽狀(zhuang)态🈲進入臨界幹飽(bǎo)和狀态或過飽和(he)狀态。
　　如進入幹飽(bao)和狀态，理論上不(bú)會産生計量誤差(cha)。因幹飽和蒸汽仍(réng)屬于蒸汽範疇,且(qie)測量過熱蒸汽一(yi)般選用溫度壓力(li)雙補償方式,同時(shí)适用于過熱蒸汽(qì)和幹👈飽和蒸🧡汽的(de)密度補償。
　　如進人(ren)過飽和狀态(即濕(shī)飽和狀态),濕度會(hui)以水滴、水☀️霧的狀(zhuàng)态👌存在,勢必影響(xiang)介質的密度。但蒸(zheng)汽的密度補償算(suàn)法☎️僅适📐用于💯幹蒸(zheng)汽的計量,因此濕(shi)度越大(幹度越小(xiao)),誤差越大。一般❗情(qing)況下，幹度≥95号時,誤(wù)差較小;幹度<958時,誤(wù)差過大。
解決方法(fa):
①減短輸送管道距(jù)離;
②做好管道的保(bǎo)溫;
③當輸送管道過(guo)長時,将儀表安裝(zhuāng)管道擡高，或增加(jiā)排🔞液裝🤟置💛。
(2)飽和蒸(zhēng)汽變爲過熱蒸汽(qi)4
　　理想的飽和蒸汽(qì)狀态是溫度、壓力(lì)、密度呈一-對應♌關(guān)🌏系,知道其中一個(ge)參數,即可計算出(chu)另外兩個，因此測(cè)🌂量飽和蒸汽--般采(cǎi)用單補償方式,即(ji)單溫度補償,或單(dān)👉壓力補償。但當飽(bao)和蒸汽經過加壓(yā)閥産生大幅降壓(yā)🔆時,可能由飽和狀(zhuàng)态轉變成過熱蒸(zhēng)汽。此時若采用單(dān)溫度補償計算的(de)密度誤🚶差較大，采(cai)用🏃‍♀️單壓力補償計(ji)算的密度誤差相(xiàng)對較小;如果能選(xuǎn)🈲用溫壓補償方式(shì),則不會産生誤差(cha)。
　　蒸汽減壓和流量(liàng)測量示意圖如圖(tú)6所示。化工廠鍋♍爐(lú)♈出口🏃‍♀️的飽和蒸汽(qi)(1MPa,184.1℃),經過減壓閥後轉(zhuan)變爲過熱蒸汽狀(zhuàng)态(0.42MPa,162.4℃,.密度2.7048kg/m3),不同補償(chang)方式計算的密度(du)對比如表2所示,溫(wen)度補償誤差高❌達(dá)27.61号,而壓力補償誤(wu)差僅在2.60号。
 
解決方(fang)法:
①流量計安裝在(zai)減壓裝置上遊;.
②若(ruò)安裝在減壓裝置(zhì)下遊,盡量采用溫(wēn)壓雙補償方☁️式,或(huo)💯單壓力補償方式(shì)。.
2)選擇具有内置精(jīng)度高标準算法的(de)渦街流量計
　　軟件(jiàn)算法會對渦街流(liú)量計計量的精度(dù)造成較大影響。如(ru)蒸汽✨密度、氣體壓(yā)縮系數,都是影響(xiang)計算精度的關鍵(jiàn)參數。
　　蒸汽密度的(de)計算方法有查表(biǎo)法和公式法兩種(zhǒng),兩種算🍉法中公式(shi)法相對精度高,并(bing)且可以對蒸汽飽(bao)和及過熱💃🏻區域進(jin)行判斷;查表法覆(fù)蓋區域有限,對于(yu)蒸汽飽和及過熱(re)區域沒有正确的(de)界限。
　　氣體的壓縮(suo)系數也是随工況(kuàng)條件而變化的,如(rú)果默認按1計算,則(ze)計算結果會存在(zài)--定偏差。因此,測氣(qi)體,尤其是測天🔱然(ran)氣時,應選用帶有(yǒu)壓縮系數補償功(gōng)能的渦街流量計(ji)。天然氣壓縮系數(shu)曲線如圖7所示。
 
5結(jié)語
　　渦街流量計是(shi)目前最适合貿易(yì)計量的流量計之(zhi)一，因爲通過🔴渦街(jiē)輸出的漩渦頻率(lǜ)的穩定性能夠直(zhi)觀地判🛀斷出流量(liang)計工作是否異常(chang)，且壓損小、安裝方(fang)便🔴,長期使用中渦(wō)🛀🏻街流量計産生的(de)表體結構偏差對(dui)儀表系數的影響(xiǎng)很小，因此可以長(zhǎng)期作爲計量儀表(biǎo)使用。

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