摘要：爲(wèi)克服液體容積式(shi)流量計的缺陷，在(zai)卡門渦街原理和(he)創新的基礎上,基(ji)于渦街流量傳感(gǎn)器 的精度高液體(ti)旋渦流量計。實際(ji)應用表明:該旋渦(wo)流量計💜具有精度(dù)高、量程寬及對前(qián)後直管段要求🤩低(di)等優點，可應用于(yú)👉環境苛刻的計量(liang)場合。
　　液體流量計(ji) 主要以液體容積(jī)式流量計“爲主，如(ru) 橢圓齒輪流量計(ji) 、螺旋轉子流量計(ji)及羅茨流量計等(deng),其共同點是精度(dù)較高且有❗一對轉(zhuǎn)子，系機械式流量(liang)計;但量程窄、結構(gou)複雜、零部件加㊙️工(gong)精度高、材料成本(ben)高、可動部件的轉(zhuan)子易磨損、壓力損(sǔn)失大、易卡滞、不能(neng)計量含顆粒物或(huò)結晶的液體、不耐(nài)高溫及不能用蒸(zheng)汽吹☂️掃等缺陷，因(yin)此适用場合非常(cháng)有限。普通旋渦流(liu)量🎯計指渦街流量(liàng)計，但其精度很🧡難(nan)達到一-級以上,對(duì)前後直管段等安(an)裝工藝的要求也(yě)較高,而且可測液(yè)體流速較高; 渦輪(lún)流量計 結構複雜(zá)，有轉動的渦輪轉(zhuǎn)子和軸承，對零部(bù)件加工精度要求(qiú)高,也不耐高溫,不(bú)能測量易結晶流(liú)體。
　　目前工業生産(chǎn)中對精度高、安裝(zhuāng)要求低、性能可靠(kào)、适用範圍廣的高(gao)品質流量計的需(xu)求越來越多。爲克(kè)服🐪液體容積式流(liu)量計的缺陷,在卡(kǎ)門渦街原理和技(ji)術創新的基礎上(shang)，研制基于渦街流(liú)量傳感器🍉的液體(tǐ)旋渦流量計。
1液體(ti)旋渦流量計①
1.1計量(liàng)原理
　　液體旋渦流(liu)量計的基本結構(gòu)如圖1所示。測量管(guan)表💃🏻體的剖視圖如(ru)圖2所示，可見其爲(wei)三段式結構。
 
　　測量(liàng)管表體與流體輸(shū)送管相連，流體流(liú)入測量管表體,通(tōng)過✂️旋渦發生體的(de)流體分散6處沿偏(pian)角的葉片向🤟前流(liú)動,并産生繞管道(dào)中心軸旋轉的脈(mò)動旋渦流繼續流(liu)動,随着縮✂️口段的(de)減小，脈動旋渦流(liú)的🛀🏻流速越來越大(dà)，到達直管段時流(liú)速最大，并經直管(guan)段的二次整流後(hou)脈動流最強、最穩(wěn)定🈚，且環.繞管壁處(chù)的流速最大✂️;此時(shí)插入安裝在直管(guan)段的旋💋渦檢測傳(chuan)感器⛷️檢測到旋渦(wo)流👈的脈動頻率，該(gāi)脈動頻率和🧡流體(ti)流速成良好的線(xian)性關系，旋渦檢測(cè)傳感器輸出相應(yīng)頻率的電信号到(dào)信号處理與 積算(suàn)顯示儀 後進行信(xin)号處理并準确計(jì)算出流體流量;計(jì)量過的旋🤩渦流✨經(jing)👨‍❤️‍👨消旋器消旋整流(liú)成無旋渦的流體(ti)流往下遊管道。
1.2旋(xuán)渦發生體
　　旋渦發(fa)生體的不同于三(sān)角柱或梯形柱田(tian)渦街旋渦發☂️生🐕體(tǐ),它🍓是在-一個小直(zhí)徑圓柱體上圓周(zhōu)螺旋分布🔅安裝6個(ge)直葉片,6個直葉片(piàn)沿圓周均勻分布(bu)且與中心軸呈40°偏(piān)角。這種特殊結構(gòu)的旋渦發生體既(ji)是旋渦流的發生(sheng)體，又具有流動調(diao)整器的作用,因👉此(ci)經過該旋💯渦發生(sheng)體産生的旋渦流(liú)場更穩定、更強，旋(xuán)渦流對✊安裝在後(hou)面的流📐量傳感器(qì)作用力也更大,有(you)利于流量🏃‍♂️信号的(de)😍檢測，也從根本上(shàng)保證了🛀流量計具(ju)有良好的🔆重複性(xing)”;此特征也是作爲(wei)液體旋渦流量計(jì)的首要和必要條(tiáo)件;該結構特點也(yě)使該流量計不僅(jin)對安裝工藝要求(qiu)低，特别是對前後(hou)🔴直管段長度的要(yao)求更低📐(前🥰直管段(duàn)3D~5D,後直管段1D~2D),而且可(ke)以🛀🏻抑制上遊脈動(dong)流、紊流0、管⭐道振動(dong)和流體氣穴🌐的幹(gan)擾,這是渦街流量(liang)計與其他速度式(shi)🍓流量計所🚶不具備(bèi)的。另外,該部❗件整(zhěng)體采用不鏽鋼材(cái)料，可耐高溫耐腐(fu)蝕。
1.3測量管表體
　　測(cè)量管表體是具有(yǒu)特殊結構和尺寸(cùn)的三段式直通管(guǎn)，全部🏃🏻采用不鏽鋼(gāng)制成;表體内通道(dào)形狀像經典的😄文(wen)丘裏管🈲,但與其作(zuo)用有本質區别，此(cǐ)處結構不同于文(wen)丘裏👌管獲得上下(xia)遊符合特定函數(shu)規律的壓差參數(shu)，而是獲☔得一個适(shì)度的壓差和流體(ti)的加速作用，起到(dao)對旋渦流體二次(cì)整流的作用，二次(ci)整流過的旋🆚渦流(liu)脈動更強,旋渦傳(chuan)感器就是檢測🌈此(ci)時的旋渦流脈動(dong)。另外♌，此三段式流(liú)體通道的壓損較(jiào)小,對流量計的流(liú)量特性曲線有調(diào)整功能，在結合大(dà)量實驗數據的㊙️基(ji)礎上優化計算出(chū)一套尺寸參數，按(an)此尺寸設計的流(liú)量計在較寬的流(liú)量範圍仍具有很(hěn)高的線性度,這個(ge)特征是作爲流量(liang)計💋能保證的關鍵(jian);直管段部✏️分的直(zhí)徑比參數的設計(jì)值大于0.7,從⭕而在滿(man)足精度要求的同(tóng)時實現流通截面(miàn)最大化，從根本.上(shang)減小工作時的壓(ya)損，後期實驗⭕驗證(zhèng)壓損僅爲同口🐅徑(jìng)容積式流量計的(de)20%~30%，節能效果明顯;該(gāi)設計也保證了整(zhěng)個流體管道内光(guang)滑流線🐆無死角,不(bu)會♊造成堵塞及介(jiè)質留存等現象,可(ke)用于易結晶、含顆(kē)粒物、非潔淨液體(tǐ)或具有衛生潔🔅淨(jing)要求的液體計量(liàng)。
1.4旋渦檢測傳感器(qì)
　　(簡稱傳感器),該傳(chuan)感器采用高溫铌(ni)酸锂壓電晶體技(jì)術040、探🌏頭内🤟腔無填(tian)充材料結構、抽真(zhēn)空全氩弧焊接密(mi)封技術及㊙️剛性的(de)金🤞屬铠裝導線等(deng)新材料和新工藝(yì)技術制成;探頭也(yě)采用🌈不鏽鋼材料(liào)制成。該傳感器具(jù)備通用性、耐高溫(wen)、抗振性強和信噪(zào)比高的特點，既可(ke)用于渦街流量計(ji)又可用于本流量(liang)計。旋渦檢測傳感(gǎn)器内部封裝的壓(yā)電晶體爲居裏點(dian)溫度在1200℃的铌酸锂(lǐ)單晶體,從根本上(shang)保證了傳感器耐(nai)高溫400℃的性能;采用(yòng)内部無填充結構(gou)、封裝工藝和剛性(xing)铠裝❄️導線結構形(xing)式，保證了傳感器(qì)具有很高🤩的信噪(zào)比和抗振性。該設(shè)計也是本課題的(de)基礎所在，采用渦(wo)街流量傳感器配(pèi)套方案使得該流(liu)量計保留了渦街(jiē)流量計全部的優(yōu)㊙️點。
1.5信号處理和流(liu)量積算儀
　　由于流(liu)量傳感器采用了(le)壓電式渦街流量(liang)傳感器，所以信号(hao)變送器、流量計積(ji)算儀和 渦街流量(liang)計 的設計相同。由(you)信号處理和流量(liang)積算儀組成的電(diàn)氣系統結構框圖(tu)如圖3所示。
 
　　渦街流(liú)量傳感器輸出的(de)電荷信号經電荷(he)放大器轉換爲電(diàn)壓信号,再通過電(diàn)壓放大器、低通濾(lǜ)波器和電壓跟💞随(suí)器的濾波放大與(yǔ)整形後輸出脈沖(chòng)信号進入單片機(jī);單片機采用16位超(chāo)低功耗MSP430s系列芯片(pian),使得該流量計具(ju)有💯雙電源供電功(gōng)能,輸出信号有三(san)線制脈沖💃、兩/三線(xiàn)制4~20mA電流兩種,還具(jù)有RS485通信功能⛱️等,充(chōng)分滿足♈各㊙️種工業(ye)計量場合的需求(qiu)。
2測試與應用
　　評定(dìng)流量計性能指标(biao)主要有4個參數:K系(xì)數、量程比、重複性(xìng)📐和㊙️精度等級。其中(zhōng),K系數是指一個測(cè)量周期内,流量計(ji)輸出的脈沖數與(yu)流過流量計的相(xiàng)應流體總體積之(zhī)比,每台流量計都(dōu).有一個對應的平(ping)均K系數,一般都是(shi)通過實流标定😄得(de)出的;量程比是指(zhǐ)♻️流量計可測最大(da)流量值與最小流(liu)量值的比值;重⛹🏻‍♀️複(fú)性是指在相☔同測(ce)量條件下,重複測(cè)量同一個被測量(liang),測量儀器提供相(xiàng)近示值的能力;精(jīng)度等級是指符合(he)一定的計量要求(qiu)，使誤差保持在規(gui)定極限以内的測(ce)🔴量儀器的等别或(huò)級别。
　　根據上述測(ce)試性能指标，對該(gāi)方案研制的DN25mm、DN32mm和DN50mm共(gòng)3種口徑的樣機🛀🏻一(yī)批共10台進行測試(shi)，10台樣機啓停質量(liang)法水流量标準裝(zhuāng)置上全❄️部通過0.5級(jí)合格檢定,特别是(shi)重複性指标⛷️，全部(bù)優于0.1%。其中一台DN25mm口(kou)👈徑樣機的标定結(jié)果見🏒表1,其量程比(bǐ)達15:I,最小流速測到(dào)0.28m/s,量程範圍明顯高(gao)于同口徑的各種(zhǒng)容積式流量👣計,精(jing)度等級高于渦街(jiē)流量計等其他普(pǔ)通㊙️速度式流量計(jì)。
 
　　2014年，國内某核電站(zhan)定制了一台DN25mm口徑(jing)液體旋渦流量計(ji)，用于計🛀量含結晶(jīng)和顆粒物的核廢(fei)液,經用戶現場标(biao)定其精度等級達(da)到0.4;另一化工企業(ye)用戶的一台DN25mm口徑(jing)液體旋渦流量計(jì),用于🤞計量150℃下的甲(jia)基鄰苯二铵有機(jī)液流量,介質粘度(dù)150mPa.s,用戶現場實✏️.流标(biao)定其㊙️精度等級達(da)到0.5級。
3結束語
　　設計(jì)的基于渦街流量(liàng)傳感器的液體旋(xuan)渦流量計吸收🔆了(le)容積式流量計、渦(wo)街流量計及文丘(qiu)裏管流量計等多(duo)種技💰術或性能㊙️的(de)優點,該流量計所(suǒ)采用的關鍵👣部件(jian)一通用渦街流量(liàng)傳感器技術已獲(huò)國家專利授權,整(zhěng)機技術可測液體(tǐ)旋渦流量計也已(yǐ)獲國家專利0，是結(jie)構簡.單、整機零部(bu)件少、制造成本低(di)和機電一體智能(néng)化的液體流量計(jì)，樣機測試和用戶(hù)的實際應.用💋都證(zhèng)實其測量精度較(jiào)高。該流量計還适(shi)用于有特殊要求(qiu)的計量場合。  

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