摘要(yao):傳統(tong)的渦(wo)街流(liu)量計(ji) 對管(guan)徑雷(lei)諾數(shu)Rep<104時的(de)流量(liang)不能(neng)測量(liang),且儀(yi)表的(de)耐展(zhan)性差(cha),遇到(dao)安裝(zhuang)地點(dian)晨動(dong)或管(guan)道振(zhen)動的(de)場合(he),則測(ce)量結(jie)果經(jing)常失(shi)真，不(bu)❤️能保(bao)證準(zhun)确,并(bing)且儀(yi)表的(de)安裝(zhuang)條件(jian)苛刻(ke)。文中(zhong)介紹(shao)了基(ji)于電(dian)磁檢(jian)測法(fa)的電(dian)礅渦(wo)🎯街流(liu)量計(ji)的原(yuan)理、設(she)計及(ji)如何(he)🐉克服(fu)上述(shu)缺點(dian)的舉(ju)措。
　　自(zi)從1969年(nian)第一(yi)台渦(wo)街流(liu)量計(ji)問世(shi)以來(lai),由于(yu)可以(yi)測量(liang)🏃‍♀️氣體(ti)、液體(ti)和蒸(zheng)汽的(de)流量(liang),而且(qie)結構(gou)簡單(dan)、範圍(wei)度寬(kuan)、壓力(li)損失(shi)低、輸(shu)出信(xin)号和(he)流量(liang)呈線(xian)性關(guan)系、價(jia)格适(shi)中,使(shi)得渦(wo)街流(liu)量計(ji)的發(fa)展異(yi)常迅(xun)🌈速,市(shi)場占(zhan)有率(lü)上升(sheng)到流(liu)量儀(yi)表🔴的(de)10%以上(shang)。渦街(jie)流量(liang)計在(zai)工業(ye)應✉️用(yong)中仍(reng)然存(cun)在以(yi)下問(wen)題🈲:
(1)抗(kang)幹擾(rao)性差(cha),尤其(qi)對管(guan)道振(zhen)動敏(min)感,影(ying)響測(ce)量結(jie)果;
(2)渦(wo)街流(liu)量計(ji)是速(su)度式(shi)儀表(biao),流體(ti)在管(guan)道流(liu)動時(shi)的分(fen)布🧑🏾‍🤝‍🧑🏼畸(ji)🔆變會(hui)影響(xiang)漩渦(wo)的形(xing)式，要(yao)求在(zai)流量(liang)計的(de)上遊(you)至少(shao)安裝(zhuang)10D(D爲管(guan)道直(zhi)徑)長(zhang)度的(de)直管(guan)段，下(xia)遊則(ze)有5D的(de)直管(guan)段;
(3)測(ce)量時(shi),被測(ce)流體(ti)必須(xu)滿足(zu)Rep≥2X104才能(neng)産生(sheng)穩定(ding)的漩(xuan)禍🔱。
1測(ce)量原(yuan)理
　　如(ru)圖1所(suo)示，電(dian)磁渦(wo)街流(liu)量計(ji)由二(er)部分(fen)組成(cheng):轉換(huan)顯示(shi)電路(lu)🈲(上部(bu))和流(liu)量傳(chuan)感器(qi)(下部(bu))。流量(liang)傳感(gan)器主(zhu)要由(you)漩渦(wo)發生(sheng)體、信(xin)号電(dian)極、永(yong)久磁(ci)鐵、殼(ke)體組(zu)成。渦(wo)街🌈流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的工(gong)作原(yuan)理如(ru)圖2所(suo)示。
　　被(bei)測流(liu)體流(liu)經漩(xuan)渦發(fa)生體(ti)時，當(dang)流量(liang)增大(da)到一(yi)定程(cheng)度時(shi),流體(ti)會在(zai)漩渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側産(chan)生交(jiao)替變(bian)化的(de)兩列(lie)漩渦(wo)。當兩(liang)列漩(xuan)渦的(de)距離(li)h滿足(zu)公式(shi)h=1.3b時,産(chan)生㊙️的(de)漩渦(wo)是穩(wen)定的(de)。單列(lie)漩渦(wo)的💔頻(pin)率和(he)流體(ti)流速(su)之間(jian)呈下(xia)列關(guan)系:
 
　　式(shi)中,v1爲(wei)漩渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側平(ping)均流(liu)速,m/s;b爲(wei)漩渦(wo)發生(sheng)體迎(ying)流🆚面(mian)的最(zui)大寬(kuan)度,m;St爲(wei)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu),當雷(lei)諾數(shu)ReD≥2X104,漩渦(wo)發生(sheng)體🥰和(he)管徑(jing)尺🐪寸(cun)确✉️定(ding)後,是(shi)一常(chang)數。将(jiang)式(1)整(zheng)理得(de)
 
　　當渦(wo)街流(liu)量計(ji)的柱(zhu)寬比(bi)b/D=0.28時，經(jing)計算(suan)漩渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側♍的(de)流🛀🏻通(tong)面積(ji)S1爲
 
　　由(you)式(4)知(zhi)，對于(yu)已确(que)定口(kou)徑的(de)流量(liang)計,b、D固(gu)定。在(zai)一定(ding)的🈲流(liu)量範(fan)圍内(nei)🏃‍♀️St是常(chang)數,所(suo)以K爲(wei)一常(chang)數;則(ze)單列(lie)漩渦(wo)的頻(pin)率ƒ和(he)流量(liang)qv成正(zheng)比，隻(zhi)要檢(jian)測出(chu)漩渦(wo)的頻(pin)率數(shu)就🤞可(ke)以知(zhi)道被(bei)測流(liu)體的(de)流量(liang)大小(xiao)。
　　由圖(tu)1可以(yi)看出(chu),在滿(man)渦發(fa)生體(ti)的下(xia)遊有(you)--處在(zai)磁場(chang)♈中🤩心(xin)的電(dian)極,振(zhen)動漩(xuan)渦列(lie)向下(xia)遊移(yi)動時(shi)作用(yong)于信(xin)号電(dian)極上(shang),使信(xin)🐕号電(dian)極産(chan)生和(he)漩渦(wo)頻率(lü)相同(tong)頻率(lü)的振(zhen)動。由(you)電磁(ci)感應(ying)定律(lü),信号(hao)電極(ji)在磁(ci)場中(zhong)作切(qie)割磁(ci)力線(xian)運動(dong),信号(hao)電極(ji)會産(chan)生感(gan)應電(dian)動勢(shi)。
 
　　式中(zhong),Ex爲感(gan)應電(dian)動勢(shi),V;B爲磁(ci)感應(ying)強度(du),T;d爲信(xin)号電(dian)極直(zhi)徑,m;V2爲(wei)信💔号(hao)電極(ji)切割(ge)磁力(li)線速(su)度,m/s。
　　流(liu)體流(liu)經漩(xuan)渦發(fa)生體(ti)産生(sheng)交替(ti)變化(hua)的遊(you)渦,湔(jian)渦作(zuo)用于(yu)信号(hao)電極(ji).上産(chan)生感(gan)應電(dian)勢Er,其(qi)極性(xing)也随(sui)漩渦(wo)的🚶‍♀️交(jiao)替❓變(bian)化🏃而(er)變化(hua),Ex變化(hua)頻率(lü)就是(shi)漩渦(wo)的頻(pin)率。因(yin)此,隻(zhi)要測(ce)出🥰信(xin)号電(dian)極輸(shu)出的(de)感應(ying)電勢(shi)Ex,就可(ke)知道(dao)流體(ti)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體(ti)積流(liu)量qv。
2傳(chuan)感器(qi)的研(yan)制
2.1傳(chuan)感器(qi)殼體(ti)設計(ji)
(1)采用(yong)了漸(jian)縮測(ce)量導(dao)管經(jing)一角(jiao)度漸(jian)縮爲(wei)管道(dao)直徑(jing)的4/5,傳(chuan)感❄️器(qi)本體(ti)經這(zhe)樣設(she)計後(hou),在流(liu)量不(bu)變的(de)條件(jian)下，流(liu)過傳(chuan)感器(qi)☁️的流(liu)速增(zeng)加,管(guan)徑雷(lei)諾數(shu)Re增加(jia)，解決(jue)了拓(tuo)寬🏃‍♀️測(ce)量下(xia)限的(de)矛盾(dun)。從流(liu)體的(de)連續(xu)性方(fang)程可(ke)得
 
　　式(shi)中,S爲(wei)管道(dao)内截(jie)面積(ji)，m2;v爲流(liu)經管(guan)道内(nei)截面(mian)的平(ping)均流(liu)速，m/s;S1爲(wei)流體(ti)流經(jing)有漸(jian)縮測(ce)量導(dao)管的(de)漩渦(wo)發生(sheng)體處(chu)的流(liu)通截(jie)面♊積(ji),m2則
 
　　上(shang)式說(shuo)明，流(liu)經傳(chuan)感器(qi)的流(liu)體,流(liu)速大(da)大增(zeng)加了(le),在被(bei)測量(liang)☀️流體(ti)♈的其(qi)它條(tiao)件不(bu)變的(de)條件(jian)下。管(guan)徑雷(lei)諾數(shu)數⛷️值(zhi)有很(hen)大的(de)改變(bian),經過(guo)計算(suan)可将(jiang)流體(ti)的雷(lei)諾數(shu)下限(xian)📞從2X104降(jiang)到2080,從(cong)而大(da)大加(jia)寬了(le)電磁(ci)渦街(jie)流量(liang)計的(de)量程(cheng)比。經(jing)現場(chang)實驗(yan),電磁(ci)渦🐇街(jie)流量(liang)計㊙️的(de)量程(cheng)比爲(wei)25:1。
(2)電磁(ci)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器的(de)漩渦(wo)發生(sheng)體在(zai)三角(jiao)柱的(de)基礎(chu)上做(zuo)了改(gai)進，将(jiang)漩渦(wo)發生(sheng)體迎(ying)流面(mian)、背流(liu)面設(she)計成(cheng)和梯(ti)形柱(zhu)具有(you)相同(tong)外接(jie)圓的(de)圓柱(zhu)面。漩(xuan)渦發(fa)生體(ti)的♊迎(ying)流面(mian)🌏設計(ji)成圓(yuan)柱面(mian)👉，從而(er)具🙇‍♀️有(you)圓柱(zhu)型漩(xuan)渦發(fa)生體(ti)⁉️St較大(da)的優(you)💰點,在(zai)管徑(jing)和迎(ying)流面(mian)寬度(du)相同(tong)的條(tiao)件下(xia)，流過(guo)相同(tong)體積(ji)❓的流(liu)體時(shi),漩渦(wo)發生(sheng)體可(ke)以産(chan)生更(geng)多的(de)漩禍(huo)，使渦(wo)街流(liu)量計(ji)可以(yi)測量(liang)❤️比較(jiao)小的(de)流量(liang),拓寬(kuan)了流(liu)量測(ce)量下(xia)限。
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)是速(su)度式(shi)流量(liang)計,它(ta)是以(yi)測量(liang)流體(ti)流🌈經(jing)管道(dao)的平(ping)均流(liu)速爲(wei)測量(liang)依據(ju)的儀(yi)表。當(dang)流體(ti)流經(jing)漩渦(wo)發生(sheng)體時(shi)，産生(sheng)的漩(xuan)渦容(rong)易受(shou)到傳(chuan)感器(qi)上☎️遊(you)側局(ju)部阻(zu)力件(jian)的影(ying)響,尤(you)其是(shi)流體(ti)流經(jing)管道(dao)産☁️生(sheng)分布(bu)型畸(ji)變時(shi)，産生(sheng)的謙(qian)渦質(zhi)量将(jiang)受到(dao)破壞(huai)，因此(ci)安裝(zhuang)渦街(jie)🈲流量(liang)計時(shi)，上遊(you)側至(zhi)少要(yao)有10D長(zhang)度的(de)直💔管(guan)段(一(yi)般爲(wei)20D直管(guan)段長(zhang)度),下(xia)遊側(ce)要有(you)5D長度(du)的直(zhi)管👈段(duan)。電磁(ci)渦🔱街(jie)流量(liang)計本(ben)體經(jing)過上(shang)述巧(qiao)妙設(she)計後(hou),可将(jiang)上遊(you)側直(zhi)管段(duan)長☎️度(du)要求(qiu)縮短(duan)到6D,下(xia)遊側(ce)直管(guan)段💛長(zhang)度3D。
2.2轉(zhuan)換電(dian)路設(she)計
　　電(dian)磁渦(wo)街流(liu)量計(ji)的轉(zhuan)換電(dian)路的(de)任務(wu)是把(ba)流量(liang)傳感(gan)器輸(shu)出的(de)感應(ying)電動(dong)勢信(xin)号轉(zhuan)換成(cheng)瞬時(shi)流量(liang)、累積(ji)流☀️量(liang)和标(biao)準頻(pin)率信(xin)号輸(shu)出。電(dian)磁檢(jian)測的(de)渦街(jie)流量(liang)計轉(zhuan)換電(dian)路結(jie)構框(kuang)🌈圖如(ru)圖3所(suo)示。
 
　　轉(zhuan)換電(dian)路工(gong)作過(guo)程是(shi):被測(ce)流體(ti)流經(jing)電磁(ci)流量(liang)傳感(gan)器,産(chan)生漩(xuan)渦,交(jiao)替變(bian)化的(de)漩渦(wo)推動(dong)信号(hao)電極(ji)在磁(ci)場中(zhong)切割(ge)磁力(li)線,從(cong)而産(chan)生感(gan)應電(dian)勢Ex,微(wei)弱的(de)感應(ying)電勢(shi)🔴信号(hao)Ex經前(qian)置放(fang)大、交(jiao)流放(fang)大和(he)低通(tong)濾波(bo),然後(hou)由施(shi)密特(te)獨發(fa)器整(zheng)形爲(wei)标準(zhun)頻率(lü)脈沖(chong),此信(xin)号✏️進(jin)入微(wei)處理(li)器CPU,進(jin)行各(ge)種運(yun)算,再(zai)經液(ye)晶顯(xian)示器(qi)顯示(shi)瞬時(shi)流量(liang)、累積(ji)流量(liang)等。爲(wei)防止(zhi)儀表(biao)掉電(dian)，在電(dian)路中(zhong)設計(ji)了掉(diao)電保(bao)護裝(zhuang)置。爲(wei)降低(di)功耗(hao),提高(gao)轉換(huan)電路(lu)的抗(kang)幹擾(rao)功能(neng),轉🥵換(huan)電路(lu)所有(you)的集(ji)成電(dian)路均(jun)采用(yong)微功(gong)耗器(qi)件[2],電(dian)源采(cai)用電(dian)池供(gong)電,使(shi)得儀(yi)表小(xiao)巧美(mei)觀。其(qi)主要(yao)特點(dian)🛀🏻是:
(1)采(cai)用電(dian)磁檢(jian)測漩(xuan)渦的(de)頻率(lü),避開(kai)了檢(jian)測漩(xuan)禍升(sheng)力的(de)方法(fa),耐振(zhen)動性(xing)好,消(xiao)除了(le)三維(wei)方向(xiang)上的(de)振動(dong)幹擾(rao)，現場(chang)實驗(yan)也充(chong)分證(zheng)明了(le)這一(yi)優點(dian)。
(2)電磁(ci)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器的(de)激磁(ci)裝置(zhi)采用(yong)永久(jiu)磁鐵(tie)。轉換(huan)♌電路(lu)由于(yu)采用(yong)了一(yi)系列(lie)的低(di)功耗(hao)設計(ji)方法(fa),因而(er)可采(cai)用電(dian)池供(gong)電,不(bu)💔需要(yao)交流(liu)電源(yuan),直接(jie)消除(chu)了因(yin)交流(liu)供電(dian)⚽而引(yin)入🥵的(de)工頻(pin)幹擾(rao)，抗幹(gan)擾能(neng)力強(qiang)。
3應用(yong)
　　由于(yu)電磁(ci)法檢(jian)測漩(xuan)渦頻(pin)率的(de)電磁(ci)渦街(jie)流量(liang)計具(ju)有範(fan)圍度(du)寬、耗(hao)電少(shao)、壽命(ming)長、抗(kang)振性(xing)好、安(an)裝條(tiao)件要(yao)❤️求寬(kuan)松的(de)🤞優點(dian)，因而(er)應用(yong)範圍(wei)比較(jiao)廣。現(xian)已經(jing)研推(tui)出DN15一(yi)DN200系㊙️列(lie)，DN40的測(ce)量精(jing)度可(ke)達0.8%，可(ke)用于(yu)測🧡量(liang)大部(bu)分的(de)氣體(ti)、液體(ti)流量(liang)，适用(yong)于.複(fu)雜的(de)化工(gong)生産(chan)環境(jing),适用(yong)👌溫度(du)範圍(wei)可達(da)-40℃~250℃,可以(yi)準确(que)測量(liang)雷諾(nuo)數🈚大(da)于3000的(de)液體(ti)流量(liang)。本流(liu)量📧計(ji)屬于(yu)無空(kong)洞設(she)計,具(ju)有避(bi)免肮(ang)髒介(jie)質堵(du)塞的(de)🐆優點(dian),适用(yong)于污(wu)水的(de)測量(liang)。在通(tong)訊方(fang)面,本(ben)流量(liang)計采(cai)用了(le)HART通訊(xun)協議(yi)，可進(jin)行遠(yuan)程通(tong)‼️訊。

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