摘要:傳(chuan)統的渦(wō)街流量(liang)計 對管(guan)徑雷諾(nuo)數Rep<104時的(de)流量不(bú)能測量(liang),且儀表(biǎo)的耐展(zhǎn)性差🌈,遇(yu)💜到⭐安✍️裝(zhuang)地點晨(chén)動或管(guǎn)道振動(dong)的場合(he),則測量(liang)結果經(jing)常失真(zhen)，不能保(bǎo)證準确(que),并且儀(yí)表的安(an)裝條件(jian)苛刻。文(wen)中介紹(shào)了基于(yu)電磁檢(jiǎn)測💜法的(de)電礅渦(wo)街流量(liang)計的原(yuán)理、設⛷️計(jì)及如何(hé)克服上(shang)述㊙️缺點(dian)的舉措(cuò)。
　　自從1969年(nián)第一台(tai)渦街流(liú)量計問(wèn)世以來(lái),由于可(kě)以測量(liàng)氣體、液(yè)😄體和蒸(zhēng)汽的流(liú)量,而且(qie)結構簡(jian)單、範圍(wéi)度寬、壓(ya)力損失(shī)低💁、輸出(chu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼信号和(he)流量呈(cheng)線性關(guan)系、價格(gé)适中,使(shi)得渦街(jie)流量計(ji)🈲的發展(zhǎn)異常迅(xun)速,市場(chang)占有率(lǜ)上升到(dào)流量儀(yi)表的10%以(yǐ)上。渦街(jiē)流量計(jì)在工業(yè)應✉️用中(zhōng)仍然存(cún)在以下(xia)問題:
(1)抗(kàng)幹擾性(xing)差,尤其(qi)對管道(dao)振動敏(mǐn)感,影響(xiang)測量結(jie)果;
(2)渦街(jiē)流量計(jì)是速度(du)式儀表(biao),流體在(zài)管道流(liu)動時的(de)分布畸(jī)變會🚶‍♀️影(yǐng)響漩渦(wō)的形式(shì)，要求在(zài)流量計(jì)的上遊(you)至㊙️少安(an)裝10D(D爲管(guan)道直徑(jing))長度的(de)直管段(duàn)，下遊則(ze)有5D的直(zhí)管段;
(3)測(ce)量時,被(bèi)測流體(tǐ)必須滿(mǎn)足Rep≥2X104才能(néng)産生穩(wen)定的漩(xuán)禍。
1測量(liàng)原理
　　如(rú)圖1所示(shi)，電磁渦(wō)街流量(liang)計由二(er)部分組(zu)成:轉換(huan)顯示電(dian)路👌(上部(bù))和流量(liàng)傳感器(qì)(下部)。流(liú)量傳感(gǎn)器主要(yào)由漩渦(wo)發生體(ti)、信号電(diàn)極、永久(jiu)磁鐵、殼(ke)體組成(cheng)。渦街♊流(liu)量傳感(gǎn)器的工(gōng)作原❗理(li)如圖2所(suo)示。
　　被測(cè)流體流(liú)經漩渦(wō)發生體(ti)時，當流(liu)量增大(dà)到一定(dìng)程🈲度時(shi)🍉,流體會(huì)在漩渦(wō)發生體(ti)兩側産(chan)生交替(tì)變化的(de)兩列漩(xuán)渦。當兩(liang)列漩渦(wo)♻️的距離(lí)h滿足公(gōng)式h=1.3b時,産(chan)生的漩(xuan)渦是穩(wen)定的。單(dan)列💯漩渦(wo)的頻率(lü)和流體(ti)流速之(zhi)間呈下(xia)列關系(xì):
 
　　式中,v1爲(wei)漩渦發(fā)生體兩(liang)側平均(jun)流速,m/s;b爲(wèi)漩渦發(fa)生體迎(ying)流面的(de)最大寬(kuān)度,m;St爲斯(si)特勞哈(ha)爾數,當(dang)雷諾數(shù)ReD≥2X104,漩渦發(fa)生體和(he)管徑尺(chǐ)寸确定(ding)後,是一(yi)常數。将(jiāng)式(1)整理(lǐ)得
 
　　當渦(wō)街流量(liang)計的柱(zhu)寬比b/D=0.28時(shi)，經計算(suàn)漩渦發(fa)生體兩(liang)側的流(liu)💘通面積(jī)S1爲
 
　　由式(shì)(4)知，對于(yu)已确定(ding)口徑的(de)流量計(jì),b、D固定。在(zai)一定的(de)🌈流💯量範(fan)圍内⭐St是(shì)常數,所(suo)以K爲一(yī)常數;則(ze)單列漩(xuán)渦的頻(pín)率ƒ和流(liú)量qv成正(zhèng)比，隻要(yao)檢測出(chū)漩渦的(de)頻率數(shu)就可以(yi)知道被(bèi)測流體(ti)的流量(liang)大♊小。
　　由(you)圖1可以(yi)看出,在(zài)滿渦發(fa)生體的(de)下遊有(you)--處在磁(ci)場中心(xīn)的❌電極(ji),振動漩(xuán)渦列向(xiang)下遊移(yí)動時作(zuo)用于信(xìn)☔号電極(ji)上,使信(xìn)号電極(jí)産生和(he)漩渦頻(pín)率相同(tong)頻率的(de)振動。由(you)電磁👅感(gan)應定律(lǜ),信号☔電(diàn)極在磁(cí)場中作(zuò)切割磁(ci)力線運(yun)動,信号(hao)電極會(huì)産生感(gǎn)應電動(dòng)勢。
 
　　式中(zhōng),Ex爲感應(yīng)電動勢(shì),V;B爲磁感(gan)應強度(dù),T;d爲信号(hao)電極直(zhi)徑♈,m;V2爲信(xìn)号電極(ji)切割磁(ci)力線速(su)度,m/s。
　　流體(tǐ)流經漩(xuan)渦發生(shēng)體産生(shēng)交替變(bian)化的遊(yóu)渦,湔渦(wo)🈲作用于(yú)信🥵号電(dian)極.上産(chǎn)生感應(yīng)電勢Er,其(qí)極性也(yě)随漩渦(wō)的交替(tì)📞變化🏃‍♀️而(ér)變化,Ex變(bian)化頻率(lü)就是漩(xuan)渦的頻(pin)率。因此(cǐ),隻要測(ce)出信号(hào)電🚩極輸(shu)出的感(gan)應電勢(shì)Ex,就可知(zhī)道流體(ti)的體積(jī)流量qv。
2傳(chuan)感器的(de)研制
2.1傳(chuan)感器殼(ké)體設計(ji)
(1)采用了(le)漸縮測(ce)量導管(guan)經一角(jiao)度漸縮(suō)爲管道(dao)直徑的(de)☁️4/5,傳感器(qi)本🐇體經(jing)這樣設(shè)計後,在(zài)流量不(bú)變的條(tiao)件下，流(liu)過傳感(gan)器的流(liu)速增加(jia),管徑雷(léi)諾數Re增(zēng)加，解決(jue)了拓寬(kuan)測量下(xia)限的矛(máo)盾。從流(liu)體的連(lian)續性方(fāng)程可得(dé)
 
　　式中,S爲(wèi)管道内(nèi)截面積(jī)，m2;v爲流經(jīng)管道内(nèi)截面的(de)平均流(liu)速，m/s;S1爲👌流(liú)🔴體流經(jing)有漸縮(suō)測量導(dǎo)管的漩(xuan)渦發生(sheng)體處的(de)流通截(jie)面積,m2則(ze)
 
　　上式說(shuō)明，流經(jing)傳感器(qi)的流體(ti),流速大(da)大增加(jiā)了,在✌️被(bèi)測量流(liu)🌂體🈚的其(qi)它條件(jiàn)不變的(de)條件下(xia)。管徑雷(lei)諾數數(shu)值有很(hěn)大的改(gǎi)變,經過(guo)計算可(kě)将流體(tǐ)的雷諾(nuò)數下限(xian)從2X104降到(dào)2080,從而大(da)大加寬(kuan)了電磁(cí)渦街流(liu)量計的(de)量程比(bi)。經現場(chang)實驗,電(diàn)磁渦街(jie)流量計(ji)的量程(cheng)比爲25:1。
(2)電(dian)磁渦街(jie)流量傳(chuan)感器的(de)漩渦發(fa)生體在(zài)三角柱(zhu)的🏃‍♂️基礎(chǔ)⭕上做了(le)改進，将(jiang)漩渦發(fā)生體迎(ying)流面、背(bèi)流面設(shè)☎️計成和(hé)梯形柱(zhù)具有相(xiàng)同外接(jie)圓的圓(yuán)柱面。漩(xuán)渦發生(shēng)體的迎(yíng)流面🛀🏻設(she)計成圓(yuán)柱面，從(cong)而具有(you)圓柱型(xing)漩🔞渦發(fa)生體St較(jiào)大的優(yōu)點,在管(guǎn)徑和迎(ying)流面寬(kuan)度相同(tóng)的條件(jiàn)下，流過(guo)相同體(tǐ)積的流(liú)體時,漩(xuán)渦發生(shēng)體可以(yǐ)産生更(gèng)多的漩(xuan)禍，使渦(wo)街流量(liang)計可以(yǐ)測量比(bi)較小的(de)流量,拓(tuo)寬了流(liu)量測量(liang)下限。
　　渦(wō)街流量(liàng)計是速(sù)度式流(liu)量計,它(ta)是以測(ce)量流體(tǐ)流⭕經管(guǎn)道的平(píng)均流速(sù)爲測量(liang)依據的(de)儀表。當(dāng)流體流(liu)經漩渦(wō)發生體(ti)時，産♌生(sheng)的漩渦(wō)容易受(shòu)到傳感(gan)器上遊(you)側局部(bù)阻力件(jian)的影響(xiǎng),尤其是(shì)流體流(liu)經管道(dao)産生分(fen)布型畸(jī)變時，産(chan)生的謙(qian)渦質量(liang)将受到(dao)破壞，因(yin)此安裝(zhuang)渦街流(liu)量計時(shí)，上遊側(cè)至少要(yào)♻️有10D長度(dù)的直管(guǎn)段(一般(ban)爲20D直管(guǎn)段長度(dù)),下遊側(ce)要有5D長(zhang)度的直(zhí)管段。電(diàn)磁渦街(jiē)流量計(jì)本體🔆經(jing)過上述(shù)🐕巧妙設(she)計後,可(ke)将上遊(you)側直管(guǎn)段長度(dù)要求縮(suō)短到6D,下(xia)遊側直(zhi)管段💋長(zhang)度3D。
2.2轉換(huan)電路設(shè)計
　　電磁(ci)渦街流(liu)量計的(de)轉換電(diàn)路的任(ren)務是把(bǎ)流量傳(chuan)感器輸(shu)出的感(gan)應電動(dong)勢信号(hao)轉換成(cheng)瞬時流(liu)量、累積(ji)流♌量和(he)标準頻(pín)率信号(hào)輸出。電(diàn)磁檢測(ce)的渦街(jie)流量計(jì)轉㊙️換電(dian)路結構(gòu)框圖如(ru)圖3所示(shì)。
 
　　轉換電(dian)路工作(zuò)過程是(shì):被測流(liu)體流經(jīng)電磁流(liu)量傳感(gan)器,産生(shēng)漩渦,交(jiāo)替變化(hua)的漩渦(wo)推動信(xin)号電極(jí)在磁場(chang)中切🛀割(gē)磁力線(xiàn),從而産(chǎn)生感應(ying)電勢Ex,微(wēi)弱的感(gan)應電勢(shì)信号Ex經(jing)前置放(fàng)大、交流(liu)放大和(he)低通濾(lǜ)波,然後(hòu)由施密(mi)特獨發(fā)器整形(xing)爲标準(zhun)頻率脈(mo)沖,此信(xin)号㊙️進入(rù)微處理(lǐ)器CPU,進行(hang)各種運(yùn)算,再經(jing)液晶顯(xian)示器顯(xian)示瞬時(shí)流量、累(lèi)積流量(liàng)等。爲防(fáng)止儀表(biǎo)掉電，在(zai)電路中(zhong)設計了(le)⛱️掉電保(bǎo)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼護裝置(zhì)。爲降低(dī)功耗,提(ti)高轉換(huan)電路的(de)抗幹擾(rao)功能,轉(zhuan)換電路(lu)所有的(de)集🔱成電(diàn)路均采(cǎi)👣用微功(gōng)耗器件(jiàn)[2],電源采(cai)用電池(chi)供電,使(shǐ)得儀表(biǎo)小巧🈲美(měi)觀。其主(zhu)要特點(diǎn)是:
(1)采用(yong)電磁檢(jiǎn)測漩渦(wō)的頻率(lǜ),避開了(le)檢測漩(xuán)禍升力(lì)的方法(fǎ),耐💘振動(dong)性好,消(xiāo)除了三(sān)維方向(xiang)上的振(zhèn)動幹擾(rao)，現場實(shí)🐆驗也充(chong)分證明(ming)了這一(yī)優點。
(2)電(dian)磁渦街(jiē)流量傳(chuan)感器的(de)激磁裝(zhuang)置采用(yong)永久磁(ci)鐵。轉換(huàn)電路由(you)于采用(yong)了一系(xì)列的低(dī)功耗設(shè)計方法(fǎ),因而🌈可(kě)采用電(diàn)池供電(diàn),不需要(yao)交流電(diàn)源,直接(jie)消除了(le)因交流(liú)供電而(ér)引入🤞的(de)工頻幹(gàn)擾，抗幹(gan)擾能力(li)強。
3應用(yong)
　　由于電(dian)磁法檢(jian)測漩渦(wo)頻率的(de)電磁渦(wo)街流量(liàng)計具有(you)範♍圍度(dù)寬、耗電(diàn)少、壽命(mìng)長、抗振(zhèn)性好、安(an)裝條件(jiàn)要求寬(kuan)松的優(yōu)點，因而(er)應用🌏範(fan)圍比較(jiào)廣。現已(yi)經研推(tui)出DN15一DN200系(xi)列，DN40的測(cè)量精度(dù)可達0.8%，可(ke)用于測(ce)量大部(bu)分的氣(qì)體、液體(ti)流量，适(shi)用于.複(fú)雜的✍️化(hua)工生産(chan)環境,适(shì)用💃溫度(du)範圍可(kě)🈲達-40℃~250℃,可以(yǐ)準确測(cè)量雷諾(nuo)數🐆大于(yú)3000的液體(tǐ)流量。本(ben)流量計(ji)屬于無(wú)空洞設(she)🛀計,具有(you)避免肮(āng)髒介質(zhì)堵塞的(de)優點,适(shi)用于污(wū)水的測(cè)量。在通(tong)訊方面(miàn),本流👈量(liàng)計采用(yòng)了HART通訊(xùn)協議，可(ke)進行遠(yuan)程通訊(xun)。

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