摘要(yào):傳統的渦(wō)街流量計(ji) 對管徑雷(lei)諾數Rep<104時的(de)流量不能(neng)測量,且儀(yí)表的耐展(zhan)性差❓,遇到(dào)安裝地點(diǎn)晨動或管(guan)道振動的(de)場合,則測(ce)量結果經(jīng)常失真，不(bú)能保♉證準(zhǔn)确,并且儀(yí)表的安裝(zhuāng)條件苛🌈刻(kè)。文中介紹(shao)了✨基于電(dian)磁檢測法(fa)的電礅渦(wō)街流量計(ji)的原理、設(she)♍計及如何(he)克服上述(shù)缺點的舉(jǔ)措。
　　自從1969年(nian)第一台渦(wō)街流量計(jì)問世以來(lái),由于可以(yi)測量氣體(ti)、液🔴體和蒸(zhēng)汽的流量(liàng),而且結構(gou)簡單、範圍(wei)度☀️寬、壓⛱️力(li)損失低、輸(shu)出信号和(hé)流量呈線(xiàn)性關系、價(jia)格适中,使(shǐ)🐇得渦街流(liu)量計的發(fa)展異常迅(xun)速,市場占(zhàn)有率上升(sheng)到流量儀(yí)表的10%以上(shàng)。渦♻️街流量(liang)計在工業(yè)應用中仍(réng)然存在以(yǐ)下問題:
(1)抗(kang)幹擾性差(chà),尤其對管(guan)道振動敏(min)感,影響測(cè)量結果;
(2)渦(wo)街流量計(jì)是速度式(shì)儀表,流體(ti)在管道流(liu)動時的分(fèn)布畸變會(huì)影響漩渦(wo)的形式，要(yao)求在流量(liàng)計的上遊(you)至💞少安裝(zhuang)10D(D爲管道直(zhi)徑🥰)長度的(de)直管段，下(xia)遊則有5D的(de)直管🥰段;
(3)測(cè)量時,被測(ce)流體必須(xu)滿足Rep≥2X104才能(néng)産生穩定(dìng)的漩禍💛。
1測(ce)量原理
　　如(ru)圖1所示，電(diàn)磁渦街流(liú)量計由二(èr)部分組成(chéng):轉換顯示(shì)電路(上部(bù))和流量傳(chuán)感器(下部(bù))。流量傳感(gǎn)器主要由(yóu)漩✨渦發🔞生(sheng)體🧑🏽‍🤝‍🧑🏻、信号電(diàn)極、永久磁(cí)鐵、殼體組(zu)成。渦街流(liú)量傳感器(qi)的工作原(yuan)理如圖2所(suǒ)示。
　　被測流(liu)體流經漩(xuán)渦發生體(tǐ)時，當流量(liang)增大到一(yī)定程度時(shí)🏃🏻,流體會在(zai)漩渦發生(sheng)體兩側産(chǎn)生交替變(biàn)化的兩列(liè)漩渦。當兩(liang)列💜漩渦的(de)距離h滿足(zú)公式h=1.3b時,産(chan)生的漩渦(wo)是穩定的(de)。單列🧑🏽‍🤝‍🧑🏻漩渦(wo)的頻率和(hé)流體流速(su)之間呈下(xia)列關系:
 
　　式(shi)中,v1爲漩渦(wo)發生體兩(liang)側平均流(liu)速,m/s;b爲漩渦(wō)發生體💘迎(ying)流面的最(zui)大寬度,m;St爲(wèi)斯特勞哈(ha)爾數,當雷(lei)諾數ReD≥2X104,漩渦(wō)發生體和(hé)管徑尺寸(cun)确定後,是(shì)一常數。将(jiāng)式(1)整理得(dé)
 
　　當渦街流(liú)量計的柱(zhu)寬比b/D=0.28時，經(jing)計算漩渦(wo)發生體兩(liǎng)側的流通(tōng)面❌積S1爲
 
　　由(you)式(4)知，對于(yu)已确定口(kǒu)徑的流量(liang)計,b、D固定。在(zai)一定的👅流(liú)🌈量✨範圍内(nei)St是常數,所(suo)以K爲一常(chang)數;則單列(liè)漩渦的🐉頻(pin)率ƒ和流🚩量(liàng)qv成正比🏒，隻(zhī)要檢測出(chū)漩渦的頻(pín)率數就可(kě)以知道被(bei)測流體的(de)流量大小(xiao)。
　　由圖1可以(yǐ)看出,在滿(mǎn)渦發生體(tǐ)的下遊有(yǒu)--處在磁場(chǎng)中心的電(dian)🍉極,振動漩(xuán)渦列向下(xia)遊移動時(shí)作用于信(xin)🏒号電⁉️極上(shàng),使信🤩号電(diàn)極産生和(he)漩渦頻率(lü)相同頻率(lü)的振動。由(you)電磁感應(ying)定律,信号(hào)🚶電極在磁(cí)場中作切(qie)👨‍❤️‍👨割磁力線(xian)🚶運動,信号(hao)電極會産(chǎn)生感應電(diàn)動勢。
 
　　式中(zhōng),Ex爲感應電(diàn)動勢,V;B爲磁(cí)感應強度(du),T;d爲信号電(dian)極直徑,m;V2爲(wèi)🤩信💁号電極(jí)切割磁力(lì)線速度,m/s。
　　流(liu)體流經漩(xuan)渦發生體(ti)産生交替(ti)變化的遊(yóu)渦,湔渦🔞作(zuò)用🆚于信号(hao)電極.上産(chǎn)生感應電(diàn)勢Er,其極性(xìng)也随漩渦(wo)的💰交替變(biàn)化而變化(hua),Ex變⁉️化頻率(lü)就是漩渦(wō)的頻率☀️。因(yīn)此,隻😍要測(ce)出信号電(dian)極輸出的(de)感應電勢(shì)Ex,就可知道(dao)流體的體(ti)積流量qv。
2傳(chuán)感器的研(yan)制
2.1傳感器(qi)殼體設計(ji)
(1)采用了漸(jian)縮測量導(dǎo)管經一角(jiao)度漸縮爲(wei)管道直徑(jing)的4/5,傳感器(qi)本體經這(zhe)樣設計後(hòu),在流量不(bú)變的條件(jian)下，流過傳(chuan)感器的流(liú)速增加,管(guǎn)徑雷諾數(shu)Re增加，解決(jue)了拓寬測(ce)量下限的(de)矛盾。從流(liu)🔱體的連續(xu)性方程可(kě)得
 
　　式中,S爲(wei)管道内截(jie)面積，m2;v爲流(liu)經管道内(nei)截面的平(ping)均流速，m/s;S1爲(wèi)流體流經(jing)有漸縮測(ce)量導管的(de)漩渦發生(shēng)體處的📐流(liu)通截面積(ji),m2則
 
　　上式說(shuo)明，流經傳(chuan)感器的流(liu)體,流速大(dà)大增加了(le),在被測量(liàng)流體的其(qi)它條件不(bú)變的條件(jiàn)下。管徑雷(lei)諾數數值(zhí)有🌏很大⛷️的(de)改變,經過(guo)計算可将(jiāng)流體的雷(lei)諾數下限(xian)從2X104降到2080,從(cong)而大大加(jia)寬了電磁(cí)㊙️渦街流量(liang)計的量程(chéng)比。經現場(chang)實驗,電磁(ci)渦街流量(liàng)計的量程(chéng)比爲25:1。
(2)電磁(cí)渦街流量(liàng)傳感器的(de)漩渦發生(sheng)體在三角(jiao)柱的基礎(chu)上🎯做了改(gai)進，将漩渦(wo)發生體迎(yíng)流面、背流(liú)面設計成(cheng)和梯♌形柱(zhù)具有相同(tóng)外接圓的(de)圓柱面。漩(xuán)渦發生體(ti)的迎流面(miàn)🈲設計成圓(yuan)柱面，從而(er)具有圓柱(zhù)型漩㊙️渦發(fa)生體⛱️St較大(da)的優點,在(zài)管徑和迎(yíng)流面寬度(du)相同的條(tiáo)件下，流過(guo)相同體積(jī)💋的流體時(shí),漩渦發生(sheng)體可🙇🏻以産(chan)生更多的(de)漩禍，使渦(wo)街流量計(jì)可以測量(liàng)❗比較小的(de)流量,拓寬(kuān)了流量測(cè)量下限。
　　渦(wō)街流量計(jì)是速度式(shi)流量計,它(tā)是以測量(liang)流體流經(jing)管道的🈚平(píng)💘均流速爲(wei)測量依據(ju)的儀表。當(dāng)流體流👈經(jīng)漩🔴渦發生(sheng)體時，産生(sheng)的漩渦容(róng)易受到傳(chuán)感器上遊(you)側局部阻(zu)力件的影(yǐng)響,尤其是(shì)流體流經(jing)管道産生(shēng)分布型畸(jī)變時，産生(sheng)的謙渦質(zhì)量将受到(dào)破壞，因⛷️此(cǐ)安裝渦街(jiē)流量計時(shí)，上遊側至(zhi)少要🔴有10D長(zhang)度的直管(guǎn)段(一般爲(wèi)20D直📞管段長(zhang)度),下遊側(ce)要有5D長度(dù)的直管段(duan)。電磁渦😍街(jiē)流量計本(ben)體經過上(shàng)述巧妙設(she)計後,可将(jiang)上遊側直(zhí)管段長度(dù)要求縮短(duan)到6D,下遊㊙️側(ce)直管段長(zhang)度3D。
2.2轉換電(diàn)路設計
　　電(diàn)磁渦街流(liú)量計的轉(zhuan)換電路的(de)任務是把(bǎ)流量傳感(gǎn)🔞器輸出的(de)感應電動(dong)勢信号轉(zhuǎn)換成瞬時(shí)流量、累☀️積(ji)流量和标(biao)準頻率信(xin)号輸出。電(dian)磁檢測的(de)渦街流量(liang)計轉換電(dian)路💯結構框(kuang)圖如圖3所(suo)示。
 
　　轉換電(dian)路工作過(guò)程是:被測(cè)流體流經(jing)電磁流量(liang)傳感器,産(chǎn)生漩渦,交(jiāo)替變化的(de)漩渦推動(dong)信号電極(ji)在磁場中(zhōng)切割磁力(lì)線🚩,從而産(chan)生感應電(dian)勢Ex,微弱的(de)感應電勢(shi)信号Ex經前(qian)置放大、交(jiao)流👉放大和(hé)低通濾波(bō),然⭐後由施(shi)密特獨發(fā)器整形爲(wèi)标準頻率(lü)脈沖,此信(xin)号進入微(wei)處理♻️器CPU,進(jìn)行各種運(yùn)算,再經液(ye)晶顯示器(qi)顯👉示瞬時(shí)流量、累🔅積(jī)流量等。爲(wèi)防止儀表(biao)掉電，在電(dian)路中設計(jì)了掉電保(bao)護裝置💃🏻。爲(wèi)降低功耗(hào),提高轉換(huan)電路的抗(kàng)幹擾功能(neng),轉換電路(lù)所有的集(ji)成電路均(jun)采用微功(gōng)耗器件[2],電(diàn)源采用電(dian)池💰供電,使(shǐ)得儀表⛱️小(xiǎo)巧美觀。其(qí)主要特點(diǎn)是:
(1)采用電(diàn)磁檢測漩(xuan)渦的頻率(lü),避開了檢(jiǎn)測漩禍升(shēng)力的方📧法(fa),耐振動性(xìng)好,消除了(le)三維方向(xiang)上的振動(dòng)幹擾，現場(chang)實驗也充(chōng)分證明了(le)這一優點(dian)。
(2)電磁渦街(jie)流量傳感(gan)器的激磁(cí)裝置采用(yong)永久磁鐵(tiě)。轉🧡換電路(lù)由于采用(yòng)了一系列(lie)的低功耗(hào)設計方法(fǎ)🚶‍♀️,因而可采(cai)用電🔅池供(gong)電,不需要(yao)交流電源(yuan),直接消除(chú)了因交流(liu)供電而引(yin)入的工頻(pin)🏒幹擾，抗幹(gàn)擾能力強(qiáng)。
3應用
　　由于(yu)電磁法檢(jian)測漩渦頻(pín)率的電磁(cí)渦街流量(liang)計具有範(fàn)圍度寬、耗(hao)電少、壽命(ming)長、抗振性(xìng)好、安裝條(tiao)件要求寬(kuan)松的優點(diǎn)，因而應用(yong)範圍比較(jiào)廣。現已經(jing)研推出DN15一(yi)DN200系列，DN40的測(cè)量精度可(kě)達0.8%，可用于(yú)測量大部(bù)分的氣體(ti)、液體流量(liang)，适用于.複(fú)雜的化工(gōng)生産環境(jing),适用✨溫度(du)範圍可達(dá)-40℃~250℃,可以準确(què)👈測量雷諾(nuo)數大于3000的(de)液體流量(liang)。本流量計(jì)屬于無空(kong)洞設計,具(jù)有避免肮(ang)髒介質堵(du)塞的優點(dian),适用于污(wū)水的測量(liàng)。在通訊方(fang)面,本流🈲量(liang)計采用了(le)HART通訊協議(yi)，可進行遠(yuǎn)程通⭕訊。

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