摘要(yao)：爲克服液體容(rong)積式流量計的(de)缺陷，在卡門渦(wō)街原理和創新(xin)的基礎上,基于(yú)渦街流量傳感(gan)器 的精度高液(yè)體旋渦流量計(ji)。實際應用表明(míng):該旋渦🐇流量計(ji)具有精度高、量(liàng)程寬及對前後(hou)直管段要求低(di)等優點，可應用(yong)于環境苛刻的(de)計量場合。
　　液體(tǐ)流量計 主要以(yi)液體容積式流(liú)量計“爲主，如 橢(tuo)圓齒輪流量計(jì) 、螺旋轉子流量(liang)計及羅茨流量(liang)計等,其共同點(diǎn)是精度💘較高且(qiě)有一對轉子，系(xì)機械式流量計(ji);但量程窄😄、結構(gou)複雜、零部件加(jiā)💃🏻工精度高、材料(liào)成本高、可動部(bù)件的轉子易磨(mó)✨損、壓力損失大(da)、易卡滞、不能計(ji)量含顆粒物或(huo)結晶的液體、不(bu)耐高🔞溫及不能(néng)用蒸汽吹掃等(deng)缺陷，因此适用(yòng)場合非常有限(xiàn)。普💃通旋渦流量(liang)㊙️計指渦街流量(liàng)計，但其精度很(hen)📐難達到一-級以(yi)上,對前後直管(guan)段等安裝工藝(yì)的要求也較高(gāo),而且可測🔴液體(ti)流速較高; 渦輪(lún)流量計 結構複(fu)雜，有轉動的渦(wō)輪轉子和軸承(cheng)，對零部件加工(gong)精度要求高,也(ye)不耐高溫,不能(néng)測量易結晶流(liú)體🔴。
　　目前工業生(sheng)産中對精度高(gāo)、安裝要求低、性(xìng)能可靠💋、适用範(fàn)圍廣的高品質(zhi)流量計的需求(qiu)越來越多。爲🔞克(kè)服液體容積🤩式(shì)流量計🐪的缺陷(xian),在卡門渦街原(yuan)理📧和技術♌創新(xin)的基礎上，研制(zhì)基于渦街流量(liàng)傳感器的液體(ti)旋渦流量計。
1液(ye)體旋渦流量計(jì)①
1.1計量原理
　　液體(tǐ)旋渦流量計的(de)基本結構如圖(tu)1所示。測量管表(biǎo)體✌️的🈲剖視圖📐如(rú)圖2所示，可見其(qí)爲三段式結構(gou)。
 
　　測量管表(biǎo)體與流體輸送(sòng)管相連，流體流(liu)入測量管表🏃‍♀️體(tǐ)😍,通♍過😄旋渦發生(shēng)體的流體分散(sàn)6處沿偏角的葉(yè)🔴片向前流動,并(bing)産生繞管道中(zhong)心軸旋轉的脈(mò)動旋渦流繼續(xu)流動,随着縮口(kou)段的減小，脈動(dòng)旋渦流的流速(su)越來👌越大，到達(da)直管段時流速(su)最大，并經直管(guan)段的二次整流(liú)後脈動流最強(qiang)、最穩定，且環.繞(rào)管壁處的流速(su)最大;此時插入(ru)安裝在直管段(duan)的旋渦檢測傳(chuan)感器檢測到旋(xuan)渦流的脈動頻(pin)率，該脈動頻率(lü)和流體流速成(cheng)良好🍓的線性關(guan)系，旋渦檢測傳(chuán)感器🌈輸出相應(ying)頻率的電信号(hào)到信号處理與(yǔ) 積算顯示儀 後(hou)進行信号處理(li)并準确計算出(chū)流體流量;計量(liàng)過🌈的旋渦流🏃‍♀️經(jing)消旋器消旋整(zheng)流成無旋渦的(de)流體流往下遊(you)管道。
1.2旋渦發生(shēng)體
　　旋渦發生體(ti)的不同于三角(jiao)柱或梯形柱田(tian)渦街旋🐕渦😄發生(sheng)🐆體,它是在-一個(ge)小直徑圓柱體(ti)上圓周螺旋分(fèn)布安裝🈲6個直葉(yè)片,6個直葉片沿(yán)圓周均勻分布(bu)且與中心軸呈(cheng)40°偏角。這種特殊(shū)結構的旋渦發(fa)生體既🔞是旋渦(wo)流的發生體，又(you)具有流🏃🏻‍♂️動調整(zheng)器的作用,因此(cǐ)經過該旋渦發(fa)生體産生的旋(xuán)渦流場更穩定(ding)、更強，旋渦流對(duì)安裝在後面的(de)流量傳感器作(zuò)用力也更大,有(you)利于流量信号(hao)的檢測，也從根(gēn)本上保證了流(liú)量計具有良好(hǎo)的🔴重複性”;此特(te)征也㊙️是作爲液(yè)體👨‍❤️‍👨旋渦流量計(ji)的首要和必要(yào)條♊件;該結構特(tè)點✍️也使❌該流量(liang)計不僅對安裝(zhuang)工藝要求低，特(tè)别🈲是對前後📞直(zhí)管段長度⛹🏻‍♀️的要(yao)求更低(前直管(guǎn)段3D~5D,後直管段1D~2D),而(er)且🎯可以抑制上(shang)遊脈動流、紊流(liu)0、管道振動和流(liu)體氣穴的幹擾(rǎo),這㊙️是渦街流量(liàng)計與其他速度(du)式流量計所不(bú)具備的。另外,該(gai)部件整體采用(yòng)不⁉️鏽鋼材料，可(kě)✍️耐👅高溫耐腐蝕(shí)。
1.3測量管表體
　　測(ce)量管表體是具(jù)有特殊結構和(he)尺寸的三段式(shi)直通管，全部采(cǎi)用不鏽鋼制成(chéng);表體内通道形(xíng)狀像經❄️典的文(wen)丘裏管,但與其(qí)作🛀用有本質區(qu)别，此處結構不(bú)同于文丘裏管(guan)獲得💋上下遊符(fu)合特定函數規(guī)律的壓差參數(shu)，而是獲得一個(gè)适度的壓差和(he)流體的⁉️加速作(zuo)用，起到對旋渦(wō)流體二次整流(liu)的作用，二次整(zheng)流過的旋渦流(liu)脈動更強,旋渦(wō)傳感器就是檢(jiǎn)測此時的旋渦(wo)流脈動。另外，此(cǐ)三段式流體通(tong)道的壓損♈較小(xiao),對流量計的流(liu)量特性曲線有(yǒu)調整功能，在結(jie)合大量實驗數(shù)據的🔞基礎上優(yōu)化計算出一✂️套(tao)尺🥰寸參數，按此(ci)尺寸設計的流(liu)量計在較寬的(de)流量範圍仍具(jù)有很高的線性(xìng)度,這個特征是(shi)作爲流量計💯能(néng)保證的關鍵;直(zhí)管段部分的直(zhí)徑比參數的設(she)計值大于0.7,從而(er)在滿足精度要(yào)求的同時實👨‍❤️‍👨現(xiàn)流通截面最大(dà)化，從根本.上減(jiǎn)小工作時的壓(ya)損，後期實驗驗(yan)證壓損僅爲同(tong)口徑容積式流(liú)量計的20%~30%，節能效(xiao)果明顯;該設計(ji)也保證了整個(ge)流體管道内光(guang)滑流線無死角(jiǎo),不會造成堵塞(sāi)及介質留存等(děng)現象,可用于✏️易(yì)結晶、含顆粒物(wù)、非潔淨液體或(huò)具有衛生潔❗淨(jing)要求的液體計(jì)量。
1.4旋渦檢測傳(chuan)感器
　　(簡稱傳感(gǎn)器),該傳感器采(cai)用高溫铌酸锂(lǐ)壓電晶體技✔️術(shù)040、探頭内腔無填(tian)充材料結構、抽(chou)真空全氩弧焊(han)接密封技術及(ji)剛性的金屬铠(kǎi)裝導線等新材(cai)料和💁新工藝技(jì)術制成;探頭也(ye)采用不鏽鋼材(cái)料制成。該傳感(gǎn)器具備通用性(xing)、耐高溫、抗振性(xìng)強和信噪比高(gao)的特點，既可用(yòng)于渦街流量計(jì)又可用于本流(liu)量計。旋渦檢測(ce)傳感器内部封(fēng)裝的壓電晶體(ti)爲居裏點🐆溫度(dù)在1200℃的铌酸锂單(dan)晶體🔅,從根本上(shang)保證了傳感器(qì)耐㊙️高溫400℃的性能(néng);采用内部無填(tián)充結構、封裝工(gong)藝和剛性铠裝(zhuang)導線結構形式(shi)，保證了傳感器(qi)具有很高的信(xin)噪比和抗振性(xing)。該設計也是本(ben)課題的基礎所(suǒ)♋在，采用渦街流(liu)量傳感器配套(tào)方案使得該流(liu)量計👣保留了渦(wo)街流量計全部(bu)的優點。
1.5信号處(chu)理和流量積算(suan)儀
　　由于流量傳(chuan)感器采用了壓(ya)電式渦街流量(liàng)傳感器，所以☀️信(xìn)号變☂️送器、流量(liàng)計積算儀和 渦(wo)街流量計 的設(she)計相同。由信号(hào)處理和流量積(jī)算儀組成的電(dian)氣系統結構♍框(kuàng)圖如圖3所示。
 
　　渦(wo)街流量傳感器(qi)輸出的電荷信(xìn)号經電荷放大(da)器轉✉️換爲⭐電壓(yā)信号,再通過電(diàn)壓放大器、低通(tong)濾波器和電💞壓(ya)跟随器的濾波(bō)放㊙️大與整形後(hou)輸出脈沖信✉️号(hào)進入單片機;單(dan)片機采用16位超(chao)低功耗MSP430s系列芯(xīn)片🔞,使得該流量(liàng)計具有雙電源(yuan)供電功能,輸出(chū)信号有三線制(zhì)脈沖、兩/三線制(zhi)4~20mA電流兩種,還具(ju)有RS485通信功能等(děng),充分滿足各種(zhong)工業計量場合(hé)的需求。
2測試與(yu)應用
　　評定流量(liang)計性能指标主(zhǔ)要有4個參數:K系(xi)數、量程比、重複(fú)性和精度等級(ji)。其中,K系數是指(zhi)一個測量周期(qī)📐内,流量計輸出(chū)的脈沖數與流(liú)過流量計的相(xiang)應流體總體積(ji)之比,每台流量(liang)計都.有一個對(duì)應的平均K系數(shù),一般都是通過(guo)實流标定得出(chū)的;量🔅程比是指(zhǐ)🔴流量計可測最(zui)大流量值🍉與最(zui)小流量值的比(bi)值;重♍複性是指(zhi)在☔相同測量條(tiáo)件下,重複測量(liang)同一✂️個被測量(liàng),測量儀器提供(gong)相近示值的能(neng)力;精度等級是(shi)指符合一定的(de)計量要求，使誤(wù)差保持♊在規定(dìng)極限以内的測(ce)量儀器的等🐉别(bié)或級别。
　　根據上(shang)述測試性能指(zhǐ)标，對該方案研(yán)制的DN25mm、DN32mm和DN50mm共3種口(kǒu)徑的樣機一批(pī)共10台進行測試(shì)，10台樣機啓停質(zhi)量法水流量标(biao)準裝置上全部(bu)通過0.5級合格檢(jian)定,特别是重複(fu)🔴性指标，全部優(yōu)于0.1%。其中一台DN25mm口(kou)徑樣機的标定(dìng)結果見表1,其量(liàng)程比達15:I,最小流(liú)速測到0.28m/s,量程範(fan)圍明顯高于同(tóng)口徑的各種容(rong)積式流量計,精(jing)度等級高于渦(wo)街流量計等其(qi)他普通速度式(shi)流量計。
 
　　2014年，國内(nei)某核電站定制(zhi)了一台DN25mm口徑液(yè)體旋渦流量計(jì)，用㊙️于計量含結(jié)晶和顆粒物的(de)核廢液,經用戶(hù)現場标定其精(jing)度等級達到0.4;另(lìng)一化工企業用(yong)戶的一台DN25mm口徑(jing)液體旋渦流量(liang)計,用于計量150℃下(xià)的甲基鄰苯⛱️二(èr)铵有機液流量(liang),介質粘度150mPa.s,用戶(hu)現場實.流标定(dìng)其精度等級達(dá)到0.5級。
3結束語
　　設(shè)計的基于渦街(jiē)流量傳感器的(de)液體旋渦流量(liang)計吸收了容積(jī)式流量計、渦街(jiē)流量計及文丘(qiu)裏管流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量計等(deng)多種技術或性(xing)能的優點,該流(liu)量計所采用的(de)關鍵部件一通(tōng)用渦街流量傳(chuán)感器技術已獲(huò)國家專利授權(quán),整機技術可測(ce)液體旋渦流量(liang)計也已獲國家(jia)專利0，是結構簡(jiǎn).單、整機零部件(jian)少、制造成本低(dī)和機電一體智(zhi)能化的液體流(liu)量計，樣機測試(shì)和用戶的實際(jì)應.用都證實其(qí)測量精度較高(gāo)。該流量計還适(shì)用于有特殊要(yao)求的計量場合(hé)🐅。  

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