摘要:傳統的渦(wo)街流量計 對管(guǎn)徑雷諾數Rep<104時的(de)流量不能測量(liang),且儀表的耐展(zhan)👅性差,遇到安裝(zhuāng)地點晨動或管(guǎn)道振動的場合(he),則測量結果經(jīng)常失真，不能保(bao)證準确,并且儀(yí)表的安裝💛條件(jiàn)苛刻。文中介紹(shào)了基于電磁檢(jian)測法的電礅渦(wō)街流量計🌏的原(yuan)理、設計及如何(hé)克服上述缺點(diǎn)的舉措。
　　自從1969年(nián)第一台渦街流(liu)量計問世以來(lái),由于可以測量(liang)氣⭐體、液體和蒸(zheng)汽的流量,而且(qie)結構簡單、範圍(wéi)度寬、壓力損失(shi)低、輸出信号和(he)流量呈線性關(guān)系、價格适中,使(shi)得渦街流量計(ji)的發展✉️異常迅(xùn)💞速,市場占有率(lǜ)上升到😘流量儀(yí)表的10%以上。渦街(jiē)流量計在工業(yè)應用中仍然存(cun)在以下問題:
(1)抗(kang)幹擾性差,尤其(qi)對管道振動敏(min)感,影響測量結(jie)果🎯;
(2)渦街流量計(jì)是速度式儀表(biǎo),流體在管道流(liu)動時的分布畸(jī)變會影響漩渦(wo)的形式，要求在(zài)流量計的上遊(yóu)至少安裝10D(D爲管(guǎn)道🌏直徑✉️)長度的(de)直管段，下遊則(zé)有5D的直管段;
(3)測(ce)量時,被測流體(ti)必須滿足Rep≥2X104才能(néng)産生穩定的漩(xuán)禍。
1測量原理
　　如(ru)圖1所示，電磁渦(wō)街流量計由二(er)部分組成:轉換(huàn)顯☀️示電路(上📞部(bù))和流量傳感器(qi)(下部)。流量傳感(gan)器主要😄由漩渦(wō)發生體、信号電(dian)極🌈、永久磁鐵、殼(ké)體組成。渦街🌈流(liú)量傳🈲感器的工(gōng)作原理如圖2所(suǒ)示。
　　被測流體流(liu)經漩渦發生體(ti)時，當流量增大(dà)到一定程度時(shí),流體會在漩渦(wō)發生體兩側産(chan)生交替變化✊的(de)兩🏃🏻列漩💚渦。當兩(liǎng)列漩渦的距離(li)h滿足公式h=1.3b時,産(chǎn)生的漩渦是穩(wěn)定的。單列漩渦(wo)的✊頻率和❌流體(tǐ)流速之間呈下(xià)列關系:
 
　　式中,v1爲(wei)漩渦發生體兩(liǎng)側平均流速,m/s;b爲(wei)漩渦發生體迎(yíng)👉流面的最大寬(kuan)度,m;St爲斯特勞哈(ha)爾數,當雷諾數(shù)ReD≥2X104,漩渦發生體和(hé)管徑尺寸确✨定(ding)後,是一常數。将(jiang)式(1)整理得
 
　　當渦(wō)街流量計的柱(zhu)寬比b/D=0.28時，經計算(suàn)漩渦發生體兩(liang)側的🔅流通面積(ji)S1爲
 
　　由式(4)知，對于(yú)已确定口徑的(de)流量計,b、D固定。在(zài)一定的流量範(fan)圍内St是常數,所(suo)以K爲一常數;則(ze)單列漩渦的頻(pín)率ƒ和流量qv成正(zhèng)比，隻要🙇‍♀️檢測出(chū)漩渦的頻率數(shu)就可以知道被(bèi)測流體的流量(liang)大小。
　　由圖1可以(yǐ)看出,在滿渦發(fā)生體的下遊有(yǒu)--處在磁場中心(xin)的電極,振動漩(xuan)渦列向下遊移(yi)動時作用于信(xin)🤩号電極上⛱️,使信(xìn)号電極産生和(hé)漩渦頻率相同(tong)頻率的振動。由(you)電磁感應定律(lü),信号✨電極在🥵磁(cí)場中作切割磁(cí)力線運動,信号(hào)🍓電極會産生感(gǎn)應電動勢。
 
　　式中(zhōng),Ex爲感應電動勢(shì),V;B爲磁感應強度(du),T;d爲信号電極直(zhí)徑🔞,m;V2爲信号♍電極(jí)切割磁力線速(sù)度,m/s。
　　流體流經漩(xuan)渦發生體産生(sheng)交替變化的遊(yóu)渦,湔渦作用于(yú)信号電極.上産(chǎn)生感應電勢Er,其(qí)極性也随漩渦(wō)的交替變化而(ér)變化,Ex變化頻率(lǜ)就是漩渦的頻(pín)率💯。因此,隻要測(cè)出信号電極輸(shu)出的感應電勢(shì)Ex,就可知🔴道流體(ti)的體積流量☁️qv。
2傳(chuan)感器的研制
2.1傳(chuan)感器殼體設計(ji)
(1)采用了漸縮測(ce)量導管經一角(jiǎo)度漸縮爲管道(dao)直徑的4/5,傳感器(qì)🏃‍♂️本體經這樣設(she)計後,在流量不(bu)變的條件下，流(liu)🤟過傳感器的流(liú)速增加,管徑雷(lei)諾數Re增加，解決(jue)了拓寬測量下(xia)限的矛盾。從流(liu)體的連續性方(fāng)程可得
 
　　式中,S爲(wèi)管道内截面積(ji)，m2;v爲流經管道内(nèi)截面的平均流(liu)速，m/s;S1爲㊙️流體流經(jīng)有漸縮測量導(dǎo)管的漩渦發生(shēng)體處的流通截(jie)面🛀積,m2則
 
　　上式說(shuo)明，流經傳感器(qi)的流體,流速大(da)大增加了,在被(bèi)⛷️測量㊙️流體的其(qí)它條件不變的(de)條件下。管徑雷(léi)諾數數值有🧡很(hěn)大的改變,經過(guò)計算可将流體(tǐ)的雷諾數下限(xian)從2X104降到2080,從而大(da)大加寬💚了電磁(ci)🌍渦街流量計的(de)量程比。經現場(chang)實驗,電磁渦街(jie)流量計的量程(chéng)比爲25:1。
(2)電磁渦街(jiē)流量傳感器的(de)漩渦發生體在(zài)三角柱的基礎(chǔ)⚽上做了改進，将(jiāng)漩渦發生體迎(ying)流面、背流面設(she)計成和梯形柱(zhù)具有相同外接(jie)圓的圓柱面。漩(xuan)渦發生體的迎(yíng)流面設計成圓(yuan)柱面，從而具有(you)圓柱型漩渦發(fa)生體St較大的優(you)點,在管徑和迎(yíng)流面👨‍❤️‍👨寬度相同(tong)的條件下，流過(guo)相同體積的流(liu)體時,漩渦發生(sheng)體可以産生更(geng)多的漩禍，使渦(wō)街流量計可以(yǐ)測量比較小的(de)流量,拓寬了流(liú)量測👉量下限。
　　渦(wo)街流量計是速(su)度式流量計,它(ta)是以測量流體(ti)流經管道的平(píng)🔱均流速爲測量(liang)依據的儀表。當(dāng)流體流經漩渦(wo)發生體時，産生(shēng)的漩渦容易受(shou)到傳感器上遊(you)側局部阻力件(jian)的影響,尤其是(shì)流體流經管道(dao)産生分布型畸(ji)變時，産生的謙(qian)渦質量将受到(dào)破壞，因💔此安裝(zhuang)渦街流量計時(shi)，上遊側至少要(yào)有10D長度的直管(guǎn)段(一般爲20D直管(guǎn)段長度),下遊🌈側(ce)要有5D長度的直(zhi)管段。電磁渦街(jiē)流量計本體👣經(jing)過上述😄巧妙設(shè)計後,可将上遊(yóu)側直管段長💋度(du)要求縮短到6D,下(xià)遊側直管段🛀長(zhang)度3D。
2.2轉換電路設(shè)計
　　電磁渦街流(liu)量計的轉換電(diàn)路的任務是把(ba)流量傳感🌐器輸(shū)出的感應電動(dòng)勢信号轉換成(cheng)瞬時流量、累‼️積(ji)流量和标準頻(pín)率信号輸出。電(dian)磁檢測的渦街(jiē)流量計轉換電(dian)路結構框圖如(ru)圖3所示。
 
　　轉換電(diàn)路工作過程是(shì):被測流體流經(jīng)電磁流量傳㊙️感(gan)器,産🐉生漩渦,交(jiāo)替變化的漩渦(wo)推動信号電極(ji)在磁場中切割(ge)磁🏃🏻力線,從而産(chan)生感應電勢Ex,微(wēi)弱的感應電勢(shì)信号Ex經前置放(fang)大、交流放大和(hé)低通濾波,然後(hòu)由施密特獨發(fā)器整形爲标準(zhun)頻率脈沖,此信(xìn)号進入微處理(li)器CPU,進行各種運(yun)算,再經液晶顯(xiǎn)示器顯示瞬時(shi)流量🐪、累積流量(liàng)等。爲防止儀表(biao)掉電，在電路中(zhōng)設計了掉電保(bǎo)護裝置。爲降低(dī)功耗,提高轉換(huan)電路的抗幹擾(rǎo)功能,轉🔞換電路(lù)所有的集成電(diàn)路均采用微功(gong)耗器件[2],電源采(cǎi)用電池供電,使(shi)得儀表小巧💜美(měi)觀。其主要特點(diǎn)是:
(1)采用電磁檢(jiǎn)測漩渦的頻率(lü),避開了檢測漩(xuán)禍升力的方法(fa),耐振動性好,消(xiao)除了三維方向(xiàng)上的振動幹擾(rao)，現場實驗也充(chong)分證明了這一(yi)優點。
(2)電磁渦街(jiē)流量傳感器的(de)激磁裝置采用(yong)永久磁鐵。轉換(huan)電㊙️路由于采用(yong)了一系列的低(di)功耗設計方法(fa)☁️,因而可采用電(diàn)池供電,不需要(yao)交流電源,直接(jiē)消除了因交流(liú)供電而引入⛹🏻‍♀️的(de)工頻👈幹擾，抗幹(gàn)擾能力強。
3應用(yong)
　　由于電磁法檢(jian)測漩渦頻率的(de)電磁渦街流量(liang)計具⛷️有範圍🐉度(du)寬、耗電少、壽命(mìng)長、抗振性好、安(ān)裝條件要求寬(kuan)松的❄️優點，因而(er)應用範圍比較(jiào)廣。現已經研推(tuī)出DN15一DN200系列，DN40的測(ce)量精度可達0.8%，可(ke)用于測量大部(bù)分的氣體、液體(tǐ)流量，适用于.複(fú)雜的⛷️化工生産(chan)環境,适用溫度(du)範圍可達-40℃~250℃,可以(yi)準确測量雷諾(nuò)數大于3000的液體(ti)流量。本流量計(ji)屬于無空洞設(shè)計,具有避免肮(ang)髒介質堵塞的(de)優點,适用于污(wū)🏃‍♀️水的測量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。在通(tong)訊方面,本♍流🏃量(liang)計采用了HART通訊(xùn)協議，可進行遠(yuǎn)程通訊。

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