摘要(yao)：爲克(ke)服液(ye)體容(rong)積式(shi)流量(liang)計的(de)缺陷(xian)，在卡(ka)門渦(wo)街原(yuan)理和(he)創新(xin)的基(ji)礎上(shang),基于(yu)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器 的(de)精度(du)高液(ye)體旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)。實際(ji)應用(yong)表明(ming):該旋(xuan)渦流(liu)🐆量計(ji)具有(you)精度(du)高、量(liang)程寬(kuan)及對(dui)前後(hou)直管(guan)段要(yao)求低(di)等🔱優(you)點，可(ke)應用(yong)于環(huan)境💰苛(ke)刻的(de)計量(liang)場合(he)。
　　液體(ti)流量(liang)計 主(zhu)要以(yi)液體(ti)容積(ji)式流(liu)量計(ji)“爲主(zhu)，如 橢(tuo)圓齒(chi)輪流(liu)量計(ji) 、螺旋(xuan)轉子(zi)流量(liang)計及(ji)羅茨(ci)流量(liang)計等(deng),其共(gong)同點(dian)是精(jing)🏃🏻‍♂️度較(jiao)高且(qie)有一(yi)對轉(zhuan)子，系(xi)機械(xie)式流(liu)量計(ji);但量(liang)程窄(zhai)、結構(gou)🛀複雜(za)、零部(bu)件加(jia)🛀🏻工精(jing)✨度高(gao)、材料(liao)成本(ben)高、可(ke)動部(bu)件的(de)轉子(zi)易磨(mo)損、壓(ya)力損(sun)失大(da)、易卡(ka)滞、不(bu)能計(ji)量含(han)顆粒(li)物或(huo)結晶(jing)的液(ye)體、不(bu)耐高(gao)🌐溫及(ji)不能(neng)💰用蒸(zheng)汽吹(chui)⭕掃等(deng)缺陷(xian)，因☂️此(ci)适用(yong)場合(he)非常(chang)有限(xian)。普🏃🏻通(tong)旋渦(wo)流量(liang)計指(zhi)渦街(jie)流量(liang)計，但(dan)其精(jing)度很(hen)難達(da)到一(yi)-級以(yi)上,對(dui)🌏前後(hou)直管(guan)段等(deng)安裝(zhuang)工藝(yi)的要(yao)求也(ye)較高(gao),而且(qie)可測(ce)液體(ti)流速(su)較高(gao); 渦輪(lun)流量(liang)計 結(jie)構複(fu)雜，有(you)轉動(dong)的渦(wo)輪轉(zhuan)子和(he)軸承(cheng)，對零(ling)部件(jian)加工(gong)精💯度(du)要求(qiu)高,也(ye)不耐(nai)高溫(wen),不能(neng)測量(liang)易結(jie)晶流(liu)體🐇。
　　目(mu)前工(gong)業生(sheng)産中(zhong)對精(jing)度高(gao)、安裝(zhuang)要求(qiu)低、性(xing)能可(ke)靠㊙️、适(shi)用範(fan)圍廣(guang)的高(gao)品質(zhi)流量(liang)計的(de)需求(qiu)越來(lai)越多(duo)。爲🤟克(ke)服液(ye)體容(rong)積式(shi)流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量(liang)計的(de)缺陷(xian),在卡(ka)門渦(wo)街原(yuan)理❗和(he)技術(shu)創新(xin)的基(ji)礎上(shang)，研制(zhi)基💚于(yu)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器的(de)液體(ti)旋渦(wo)流量(liang)計。
1液(ye)體旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)①
1.1計量(liang)原理(li)
　　液體(ti)旋渦(wo)流量(liang)計的(de)基本(ben)結構(gou)如圖(tu)1所示(shi)。測量(liang)管表(biao)體的(de)剖視(shi)圖如(ru)圖2所(suo)示，可(ke)見其(qi)爲三(san)段式(shi)結構(gou)。
 
　　測量(liang)管表(biao)體與(yu)流體(ti)輸送(song)管相(xiang)連，流(liu)體流(liu)入測(ce)量管(guan)表體(ti),通過(guo)旋📱渦(wo)發生(sheng)體的(de)流體(ti)分散(san)6處沿(yan)偏角(jiao)的葉(ye)片向(xiang)前流(liu)動,并(bing)産生(sheng)繞管(guan)道中(zhong)心軸(zhou)旋轉(zhuan)的脈(mo)動旋(xuan)渦流(liu)繼續(xu)流動(dong)📧,随着(zhe)縮♋口(kou)段的(de)減小(xiao)，脈🍉動(dong)旋渦(wo)流的(de)流速(su)越來(lai)越大(da)，到達(da)直管(guan)段時(shi)流速(su)最大(da)，并經(jing)直管(guan)🔞段的(de)二次(ci)整流(liu)後脈(mo)動流(liu)最強(qiang)、最穩(wen)定，且(qie)環.繞(rao)管壁(bi)處的(de)流速(su)最大(da);此時(shi)插入(ru)安裝(zhuang)在直(zhi)管段(duan)的旋(xuan)渦檢(jian)測傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)到旋(xuan)渦流(liu)的脈(mo)動頻(pin)率，該(gai)脈動(dong)頻率(lü)和流(liu)體流(liu)速成(cheng)良好(hao)⚽的線(xian)性關(guan)系，旋(xuan)渦檢(jian)測傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)相應(ying)頻率(lü)的電(dian)信🔆号(hao)到信(xin)❌号處(chu)理與(yu) 積算(suan)顯示(shi)儀 後(hou)進行(hang)信号(hao)處理(li)并準(zhun)确計(ji)算出(chu)流體(ti)流量(liang);計量(liang)過的(de)旋渦(wo)流🥰經(jing)消旋(xuan)器消(xiao)旋整(zheng)流成(cheng)無旋(xuan)渦的(de)流體(ti)流往(wang)下♌遊(you)管道(dao)。
1.2旋渦(wo)發生(sheng)體
　　旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)的不(bu)同于(yu)三角(jiao)柱或(huo)梯形(xing)柱田(tian)渦街(jie)旋🈲渦(wo)發生(sheng)體,它(ta)是在(zai)-一個(ge)小直(zhi)徑圓(yuan)柱體(ti)上圓(yuan)周螺(luo)旋分(fen)布安(an)裝6個(ge)直葉(ye)片,6個(ge)直葉(ye)片沿(yan)圓周(zhou)均勻(yun)分布(bu)且與(yu)中心(xin)軸呈(cheng)40°偏角(jiao)。這種(zhong)特殊(shu)結☂️構(gou)的旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)既是(shi)旋渦(wo)流的(de)發生(sheng)體，又(you)具有(you)流動(dong)調整(zheng)器的(de)作用(yong),因此(ci)經過(guo)該旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)産生(sheng)的旋(xuan)渦流(liu)🐪場更(geng)穩定(ding)、更強(qiang)，旋渦(wo)流對(dui)🎯安裝(zhuang)在後(hou)面的(de)流量(liang)傳感(gan)器作(zuo)用力(li)也更(geng)大,有(you)利于(yu)流量(liang)信号(hao)的🌍檢(jian)測，也(ye)從根(gen)本上(shang)保證(zheng)了流(liu)量計(ji)具有(you)良好(hao)的重(zhong)複性(xing)”;此特(te)征也(ye)是作(zuo)爲液(ye)體旋(xuan)渦流(liu)量😄計(ji)的首(shou)要和(he)👉必要(yao)條件(jian);該結(jie)構特(te)點也(ye)使🔴該(gai)流量(liang)計不(bu)僅對(dui)安裝(zhuang)工藝(yi)要求(qiu)低，特(te)别是(shi)對前(qian)後⭕直(zhi)管段(duan)長度(du)的要(yao)求更(geng)低(前(qian)直管(guan)段3D~5D,後(hou)直管(guan)段1D~2D),而(er)且✏️可(ke)以抑(yi)制上(shang)遊脈(mo)動流(liu)、紊流(liu)0、管道(dao)振動(dong)和流(liu)體氣(qi)穴的(de)幹擾(rao),這✍️是(shi)渦街(jie)流量(liang)計與(yu)其他(ta)速度(du)式⛹🏻‍♀️流(liu)量計(ji)所不(bu)具備(bei)的。另(ling)外,該(gai)部件(jian)整體(ti)采用(yong)不鏽(xiu)鋼材(cai)料，可(ke)耐🔴高(gao)溫耐(nai)腐蝕(shi)。
1.3測量(liang)管表(biao)體
　　測(ce)量管(guan)表體(ti)是具(ju)有特(te)殊結(jie)構和(he)尺寸(cun)的三(san)段式(shi)直通(tong)管，全(quan)部💜采(cai)🎯用不(bu)鏽鋼(gang)制成(cheng);表體(ti)内通(tong)道形(xing)狀像(xiang)經典(dian)的文(wen)丘💛裏(li)管,但(dan)與其(qi)作用(yong)有本(ben)質區(qu)别，此(ci)處結(jie)構不(bu)同于(yu)文丘(qiu)裏管(guan)獲得(de)上下(xia)遊符(fu)合特(te)定函(han)數規(gui)律的(de)壓差(cha)參數(shu)，而是(shi)獲得(de)一個(ge)适度(du)的壓(ya)差和(he)流體(ti)的加(jia)速作(zuo)用，起(qi)到對(dui)旋渦(wo)流💚體(ti)二次(ci)整流(liu)的作(zuo)用，二(er)次整(zheng)流過(guo)的旋(xuan)渦流(liu)脈動(dong)更強(qiang),旋渦(wo)傳感(gan)器就(jiu)是檢(jian)測此(ci)時的(de)旋渦(wo)流脈(mo)🔞動。另(ling)外，此(ci)三段(duan)式流(liu)體通(tong)道的(de)壓損(sun)較小(xiao),對流(liu)量計(ji)的流(liu)量特(te)性曲(qu)線有(you)調整(zheng)功能(neng)，在結(jie)合大(da)量實(shi)驗數(shu)據的(de)基礎(chu)上優(you)化計(ji)算出(chu)一套(tao)尺寸(cun)參數(shu)，按此(ci)尺寸(cun)🥵設計(ji)的流(liu)量計(ji)在較(jiao)寬的(de)流量(liang)範👄圍(wei)仍具(ju)有很(hen)高的(de)線性(xing)度,這(zhe)個特(te)征是(shi)作爲(wei)流量(liang)計能(neng)保證(zheng)的關(guan)鍵;直(zhi)管段(duan)部分(fen)的直(zhi)徑比(bi)參數(shu)的設(she)計值(zhi)大于(yu)0.7,從而(er)在滿(man)足精(jing)度要(yao)求的(de)同時(shi)🏃🏻‍♂️實🌐現(xian)流通(tong)截✂️面(mian)最大(da)化，從(cong)根本(ben).上減(jian)小工(gong)作時(shi)的壓(ya)損，後(hou)期實(shi)驗🌏驗(yan)證壓(ya)損僅(jin)爲同(tong)口徑(jing)容積(ji)式流(liu)量計(ji)的20%~30%，節(jie)能效(xiao)果💋明(ming)顯;該(gai)設計(ji)也保(bao)證了(le)整個(ge)流體(ti)管道(dao)内🔴光(guang)滑流(liu)線👈無(wu)死角(jiao),不會(hui)造成(cheng)堵塞(sai)及介(jie)質留(liu)存等(deng)現象(xiang),可用(yong)于易(yi)結晶(jing)、含顆(ke)粒物(wu)、非潔(jie)淨液(ye)體或(huo)具🏃有(you)衛生(sheng)潔淨(jing)要求(qiu)的液(ye)體🔴計(ji)量。
1.4旋(xuan)渦檢(jian)測傳(chuan)感器(qi)
　　(簡稱(cheng)傳感(gan)器),該(gai)傳感(gan)器采(cai)用高(gao)溫铌(ni)酸锂(li)壓電(dian)晶體(ti)技術(shu)040、探頭(tou)内腔(qiang)無填(tian)充材(cai)料結(jie)構、抽(chou)真空(kong)全氩(ya)弧焊(han)接密(mi)封技(ji)術及(ji)剛性(xing)的金(jin)屬铠(kai)裝導(dao)線等(deng)新材(cai)料和(he)新工(gong)藝技(ji)術制(zhi)成;探(tan)頭也(ye)采用(yong)不鏽(xiu)鋼材(cai)料制(zhi)成。該(gai)傳感(gan)器具(ju)✨備通(tong)用性(xing)、耐高(gao)溫、抗(kang)振性(xing)強和(he)🏃‍♀️信噪(zao)比高(gao)的特(te)點，既(ji)可用(yong)于渦(wo)街流(liu)量計(ji)又可(ke)用🏃于(yu)本流(liu)量計(ji)。旋渦(wo)檢測(ce)傳感(gan)器内(nei)部封(feng)裝的(de)壓電(dian)晶體(ti)爲居(ju)裏點(dian)溫度(du)在1200℃的(de)🌈铌酸(suan)锂單(dan)晶體(ti),從根(gen)本上(shang)保證(zheng)了傳(chuan)感器(qi)耐高(gao)溫400℃的(de)性能(neng);采用(yong)内部(bu)無填(tian)充結(jie)構、封(feng)💘裝工(gong)藝和(he)剛性(xing)铠裝(zhuang)導線(xian)結構(gou)形式(shi)，保證(zheng)了傳(chuan)感器(qi)具有(you)很高(gao)的信(xin)噪比(bi)和抗(kang)振性(xing)。該設(she)計也(ye)是本(ben)課題(ti)的基(ji)礎所(suo)在，采(cai)用渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)配套(tao)方案(an)使得(de)該流(liu)量計(ji)保留(liu)🔴了渦(wo)街流(liu)量計(ji)全部(bu)的優(you)點。
1.5信(xin)号處(chu)理和(he)流量(liang)積算(suan)儀
　　由(you)于流(liu)量傳(chuan)感器(qi)采用(yong)了壓(ya)電式(shi)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器，所(suo)以📧信(xin)号變(bian)送器(qi)、流量(liang)計積(ji)算儀(yi)和 渦(wo)街流(liu)量計(ji) 的設(she)計相(xiang)同。由(you)信号(hao)處理(li)和流(liu)量積(ji)算儀(yi)組成(cheng)的電(dian)氣系(xi)統結(jie)構框(kuang)圖如(ru)圖3所(suo)示。
 
　　渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)的電(dian)荷信(xin)号經(jing)電荷(he)放大(da)器轉(zhuan)換爲(wei)電💁壓(ya)信号(hao),再通(tong)過電(dian)壓放(fang)大器(qi)、低通(tong)濾波(bo)器和(he)電壓(ya)跟随(sui)器的(de)濾波(bo)放大(da)與整(zheng)形後(hou)輸出(chu)脈沖(chong)信号(hao)進入(ru)單片(pian)機;單(dan)片機(ji)采用(yong)16位超(chao)低功(gong)👉耗MSP430s系(xi)列芯(xin)片,使(shi)得該(gai)流💁量(liang)計具(ju)有雙(shuang)電源(yuan)供🌍電(dian)功能(neng),輸出(chu)信号(hao)有三(san)線制(zhi)脈沖(chong)、兩/三(san)線制(zhi)4~20mA電流(liu)兩種(zhong),還具(ju)有RS485通(tong)信功(gong)能等(deng),充分(fen)滿足(zu)各🐕種(zhong)工業(ye)計量(liang)場合(he)的需(xu)求。
2測(ce)試與(yu)應用(yong)
　　評定(ding)流量(liang)計性(xing)能指(zhi)标主(zhu)要有(you)4個參(can)數:K系(xi)數、量(liang)程比(bi)、重複(fu)性和(he)精度(du)等級(ji)。其中(zhong),K系數(shu)是指(zhi)一個(ge)測量(liang)周期(qi)内,流(liu)量計(ji)輸出(chu)的脈(mo)沖數(shu)與流(liu)過流(liu)量計(ji)的相(xiang)應流(liu)🍉體總(zong)體積(ji)之比(bi),每台(tai)流量(liang)計都(dou)☁️.有一(yi)個☀️對(dui)應的(de)平均(jun)🔞K系數(shu),一般(ban)都是(shi)通過(guo)實流(liu)标定(ding)得出(chu)的;量(liang)程比(bi)是指(zhi)👣流量(liang)計可(ke)測最(zui)大流(liu)量值(zhi)與最(zui)小流(liu)量值(zhi)的比(bi)值;重(zhong)複性(xing)是指(zhi)在相(xiang)同測(ce)量條(tiao)件下(xia),重複(fu)測量(liang)同一(yi)個被(bei)測量(liang),測量(liang)儀器(qi)提供(gong)相近(jin)示值(zhi)的能(neng)力;精(jing)度等(deng)級是(shi)指符(fu)合一(yi)定的(de)計量(liang)要求(qiu)，使誤(wu)差保(bao)持在(zai)規定(ding)極限(xian)以内(nei)的測(ce)量儀(yi)器的(de)等别(bie)或級(ji)别。
　　根(gen)據上(shang)述測(ce)試性(xing)能指(zhi)标，對(dui)該方(fang)案研(yan)制的(de)DN25mm、DN32mm和DN50mm共(gong)3種口(kou)徑的(de)🙇‍♀️樣機(ji)一批(pi)共10台(tai)進行(hang)測試(shi)，10台樣(yang)機啓(qi)停質(zhi)量法(fa)水流(liu)量❓标(biao)準裝(zhuang)置上(shang)全部(bu)通過(guo)0.5級合(he)格檢(jian)定,特(te)别是(shi)重複(fu)性指(zhi)标☂️，全(quan)部優(you)🔞于0.1%。其(qi)中一(yi)台DN25mm口(kou)徑樣(yang)機的(de)标定(ding)結果(guo)見表(biao)1,其量(liang)程⚽比(bi)達15:I,最(zui)小流(liu)速測(ce)到📐0.28m/s,量(liang)程範(fan)圍👣明(ming)顯高(gao)于同(tong)💋口徑(jing)的各(ge)種容(rong)積式(shi)流量(liang)計,精(jing)度等(deng)級高(gao)于渦(wo)街流(liu)量計(ji)等其(qi)他普(pu)通速(su)度式(shi)流量(liang)計。
 
　　2014年(nian)，國内(nei)某核(he)電站(zhan)定制(zhi)了一(yi)台DN25mm口(kou)徑液(ye)體旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)，用于(yu)計量(liang)含結(jie)晶和(he)顆粒(li)物的(de)核廢(fei)液,經(jing)用戶(hu)現場(chang)标定(ding)其📐精(jing)度等(deng)級達(da)到🙇‍♀️0.4;另(ling)一化(hua)工企(qi)業用(yong)戶的(de)一台(tai)DN25mm口徑(jing)液體(ti)旋渦(wo)流量(liang)計,用(yong)于計(ji)量150℃下(xia)🍓的甲(jia)基鄰(lin)苯二(er)铵有(you)機液(ye)流量(liang),介💋質(zhi)粘度(du)150mPa.s,用戶(hu)現場(chang)實.流(liu)标定(ding)其精(jing)度等(deng)級達(da)到0.5級(ji)。
3結束(shu)語
　　設(she)計的(de)基于(yu)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器的(de)液體(ti)旋渦(wo)流量(liang)計吸(xi)收🏃🏻了(le)容積(ji)式流(liu)量計(ji)、渦街(jie)流量(liang)計及(ji)文丘(qiu)裏管(guan)流量(liang)計等(deng)多❌種(zhong)技術(shu)或性(xing)能的(de)優點(dian),該流(liu)量計(ji)所采(cai)用的(de)關鍵(jian)部件(jian)一通(tong)用渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)技術(shu)已獲(huo)國家(jia)專利(li)授👨‍❤️‍👨權(quan),整機(ji)技術(shu)可測(ce)液體(ti)旋渦(wo)流量(liang)計也(ye)已獲(huo)國家(jia)專利(li)0，是結(jie)構簡(jian).單、整(zheng)機零(ling)部件(jian)🌈少、制(zhi)造成(cheng)本⛱️低(di)和機(ji)電一(yi)體🏃‍♂️智(zhi)能化(hua)的液(ye)體流(liu)量計(ji)，樣機(ji)測試(shi)和用(yong)戶的(de)實際(ji)應.用(yong)⁉️都證(zheng)實其(qi)測量(liang)精度(du)較高(gao)。該流(liu)量計(ji)還适(shi)用于(yu)有特(te)殊要(yao)求的(de)計量(liang)場合(he)。  

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