摘要:由于能(néng)源價格的不(bu)斷上漲,用能(néng)成本已經成(cheng)爲衆多工業(ye)📧企業的主要(yào)運營成本之(zhī)一,對于能源(yuán)💁的計量也越(yuè)來越成爲社(she)會的關注焦(jiao)點,能源計量(liang)器具的㊙️配備(bei)合☎️理與否.計(jì)量準确與否(fou)與企業的切(qiē)身利益息息(xi)相關。渦街流(liú)量計
由于原(yuan)始信号爲數(shu)字信号，具有(yǒu)測量精度高(gao)、補償計算簡(jian)單,異常狀況(kuàng)時易于分析(xī)的優勢,在能(neng)源的貿易計(jì)量上占有一(yī)席之地。該文(wén)介紹了渦街(jie)流量計的測(cè)量原理🐪,分析(xi)了渦街流量(liang)計在貿易計(jì)量上🌈的優勢(shì),以及渦街流(liú)量計應用于(yú)貿易計量時(shi)的注意事項(xiang)。
渦街流量計(ji)是一種應用(yòng)卡門渦街原(yuán)理的流量計(ji),用于液體、氣(qi)體和蒸汽的(de)測量,也可測(ce)量含有微小(xiǎo)顆粒、雜質的(de)渾濁液體，廣(guǎng)泛應用于石(shí)油、化工、制藥(yao)、造紙、冶金、電(dian)力、環保、食📞品(pǐn)等行業。
1渦街(jiē)流量計的工(gōng)作原理
渦街(jiē)流量計是以(yi)卡門渦街理(lǐ)論爲基礎:當(dāng)流體流經非(fēi)線性的三角(jiǎo)柱擋體時,在(zai)擋體的兩側(ce)就會交替産(chǎn)生有規則的(de)旋渦信号,該(gāi)旋渦的分離(li)頻率與流體(ti)的🈲流速成正(zhèng)比”。渦🥰街流量(liang)計結構原理(li)如圖1所示。
根(gēn)據卡門渦街(jiē)原理,有如下(xia)關系式:
式(shì)中:
m一旋渦發(fā)生體兩側弓(gong)形面積與管(guǎn)道橫截面面(miàn)積之比(無量(liang)綱);
D一表體通(tong)徑(單位:m);
d一旋(xuán)渦發生體迎(yíng)面寬度(單位(wei):m);
f一旋渦的發(fā)生頻率(單位(wèi):Hz);
U1一旋渦發生(shēng)體兩側平均(jun)流速(單位:m/s);
Sr一(yī)斯特勞哈爾(er)數(無量綱);
U一(yī)被測介質來(lai)流的平均速(sù)度(單位:m/s);
qr一瞬(shun)時體積流量(liàng)(單位:m2/s);
K一流量(liang)計的儀表系(xì)數(單位:m3)
由公(gong)式可見,平均(jun1)儀表系數的(de)大小隻與渦(wō)街流量傳感(gan)器幾何尺寸(cùn)即渦街口徑(jing)、阻擋體寬度(dù)與斯特勞哈(ha)爾數sr有關💋。斯(si)特勞哈爾數(shù)與雷諾數的(de)關系如圖2所(suǒ)示,可見，當✔️雷(léi)諾數Re在2x104~7x106之間(jian)時,Sr可視爲常(chang)數。也就是說(shuō),對于一台口(kou)徑、阻擋體幾(jǐ)🍓何尺寸已經(jīng)确定的渦街(jie)流量計,它的(de)儀表系數在(zài)一定的流速(su)範圍内是定(dìng)值的。
2渦街流(liu)量計的特點(dian)
1)可測量液體(ti)、氣體、蒸汽的(de)流量;
2)輸出爲(wei)脈沖頻率,其(qi)頻率與被測(ce)流體的實際(ji)體積流量成(chéng)正比,且不受(shou)流體組分、密(mi)度、壓力、溫度(du)的影♍響;
3)結構(gòu)簡單,無機械(xiè)運動部件,長(zhǎng)期運行穩定(ding)可靠;
4)量程比(bi)适中,普通傳(chuán)感器量程比(bǐ)可達10:1以上,智(zhì)能渦街流㊙️量(liang)計量程比可(kě)達40:1;
5)壓力損失(shī)小，約爲孔闆(pǎn)流量計的1/4~1/2。
3渦(wō)街流量計在(zài)貿易計量.上(shàng)的優勢
1)渦街(jiē)流量信号爲(wèi)數字頻率方(fang)式,測量精度(du)高
渦街流量(liàng)計的旋渦分(fèn)離頻率是與(yu)體積流量的(de)大小成正比(bi)🌈的,且分離頻(pin)率不受流體(tǐ)組分、密度、壓(ya)力溫度的影(ying)🤟響。隻👈要測量(liang)出旋渦個數(shù),就可以準确(que)計算出體積(jī)流量，而旋渦(wō)個數的🐅測量(liang)是純數字概(gai)念,不存在測(cè)量數值上㊙️的(de)誤差，讓渦街(jiē)流量計具有(yǒu)了全量程範(fan)圍内流量信(xìn)号精确的特(te)點,是其它模(mo)拟💜類流量計(jì)不可比拟的(de)優點。傳感器(qi)線性均爲18的(de)脈沖型渦街(jie)和模拟類流(liú)量計精度對(duì)比如表1所示(shì)。
2)補償運算簡(jiǎn)單,計算精度(du)高,未知參數(shù)少
渦街流量(liàng)計的體積流(liú)量可以通過(guò)測量旋渦分(fèn)離頻率得知(zhi),蒸👅汽密度、氣(qi)體密度、壓縮(suo)系數都可以(yǐ)通過測🏒量溫(wēn)度壓☀️力進行(háng)補償計算,且(qie)計算公式均(jun)爲國标或國(guo)際公式,計算(suan)精度高。與差(chà)壓式流量計(ji)對比,差壓式(shi)流量計計算(suàn)結果受密度(dù)、粘度、等熵指(zhi)數、壓縮系數(shu)、氣體可膨脹(zhàng)系數以及結(jié)構尺寸熱脹(zhang)冷縮變化的(de)影響2,補償計(ji)算較複雜,且(qiě)很多差壓式(shì)流量計并沒(méi)有氣體可膨(péng)脹系數的補(bǔ)償計算公式(shi),因此,計量結(jié)果會存在📐一(yī)定偏差。
渦街(jiē)流量計算法(fǎ)流程如圖3所(suo)示,圖中虛線(xiàn)框爲外部🤟采(cai)集信📐号,實線(xian)框爲計算參(can)數;差壓式流(liú)量計算法流(liú)程如有圖🔞4所(suǒ)示,圖中🐉虛線(xiàn)框爲外部信(xìn)号及已知參(can)數🐅,實線框爲(wei)計算參數。
3)儀(yí)表測量異常(cháng)時,能快速分(fen)析判斷
由于(yú)卡門渦街流(liú)量信号是由(yóu)旋渦頻率數(shu)值來.體現的(de),在正✊常情況(kuàng)下,旋渦分離(lí)頻率是穩定(dìng)的,隻有當傳(chuan)感器發生異(yì)常或工況發(fa)生變化時,旋(xuán)渦分離頻率(lü)才會有很🤞大(da)的變🔞化,因此(cǐ)💛,通過觀察渦(wo)街流量🙇♀️傳感(gan)器頻率變化(hua)範圍的大小(xiǎo)，可以很方便(bian)的分析出傳(chuan)感器是😘否存(cun)在故障,不會(huì)出現模拟類(lèi)傳感器在使(shǐ)用時因爲零(ling)點偏移或模(mó)拟轉換誤差(cha)而♈帶來不易(yi)發現👌的計量(liàng)誤差。渦街信(xin)号如圖5所示(shì)
觀察渦街流(liu)量計放大整(zheng)形後波形,若(ruo)爲均勻方波(bo)信号,則爲正(zheng)常流量變化(hua);若出現明顯(xian)不均勻方波(bō)信号❗,則可能(neng)爲外界幹擾(rao)、超出測量範(fàn)圍或傳感器(qi)故障導緻。
4渦(wo)街流量計在(zài)貿易計量上(shang)的注意事項(xiàng)
除常規的選(xuǎn)型設計外，渦(wo)街流量計用(yòng)在貿易計量(liàng)時,還應注✉️意(yì)以下幾點:
1)蒸(zhēng)汽狀态變化(huà)對流量測量(liàng)的影響測量(liang)蒸汽時,在蒸(zheng)汽經過閥i]或(huò)較長管道輸(shu)送後,可能會(hui)産生蒸汽狀(zhuàng)态變化的情(qíng)況:.
(1)過熱蒸汽(qì)變爲飽和蒸(zhēng)汽
過熱蒸汽(qì)在管道輸送(song)過程中，會産(chǎn)生熱能損失(shī),即溫度降低(di)。當溫度降到(dào)一-定程度時(shí),會從過熱蒸(zhēng)汽狀态進入(rù)臨界幹飽和(hé)狀态或過飽(bao)和狀态。
如進(jin)入幹飽和狀(zhuàng)态，理論上不(bú)會産生計量(liang)誤差。因幹飽(bao)和蒸汽仍屬(shu)于蒸汽範疇(chóu),且測量過熱(rè)蒸汽一般選(xuǎn)用溫度壓力(li)雙補償方式(shi),同時适用于(yú)過熱蒸汽和(hé)幹🌈飽和蒸汽(qi)的密度補償(cháng)。
如進人過飽(bao)和狀态(即濕(shī)飽和狀态),濕(shi)度會以水滴(di)、水霧的狀态(tài)存在,勢必影(yǐng)響介質的密(mi)度。但蒸汽的(de)密度補償✏️算(suan)法僅适用于(yu)幹蒸汽的計(ji)量,因此濕度(dù)越大(幹度越(yuè)小),誤差越大(da)。一般📞情況下(xia)，幹度≥95号時,誤(wu)👅差較小;幹度(du)<958時,誤差過大(dà)。
解決方法:
①減(jiǎn)短輸送管道(dao)距離;
②做好管(guǎn)道的保溫;
③當(dāng)輸送管道過(guo)長時,将儀表(biǎo)安裝管道擡(tai)高，或增加排(pai)液裝置。
(2)飽和(he)蒸汽變爲過(guò)熱蒸汽4
理想(xiang)的飽和蒸汽(qì)狀态是溫度(du)、壓力、密度呈(chéng)一-對應關系(xì),知道其中一(yī)個參數,即可(ke)計算出另外(wài)兩個，因此測(cè)量飽和蒸汽(qì)--般采用單補(bǔ)償方式,即單(dan)溫度補償,或(huò)單🔞壓力補償(cháng)。但當飽和蒸(zheng)汽經過🎯加壓(yā)閥産生大幅(fu)降壓時,可能(neng)由飽和狀态(tai)轉變成過熱(rè)蒸汽。此✂️時若(ruo)采用單溫度(dù)補償計算的(de)密度誤差較(jiao)大，采用單壓(yā)力補償計算(suan)的密度誤差(chà)相對較小;如(rú)果能選用溫(wen)壓補償方式(shì)🏃🏻♂️,則不會産生(shēng)誤差🧡。
蒸汽減(jiǎn)壓和流量測(ce)量示意圖如(ru)圖6所示。化工(gong)廠鍋爐出口(kǒu)的飽和蒸汽(qi)(1MPa,184.1℃),經過減壓閥(fa)後轉變爲過(guò)熱蒸🍓汽狀态(tài)(0.42MPa,162.4℃,.密度2.7048kg/m3),不同補(bǔ)償方式計算(suan)的密度對比(bǐ)如表2所示,溫(wēn)度補償❤️誤差(cha)高達27.61号,而壓(yā)力補償誤差(cha)僅在♉2.60号。
解決(jue)方法:
①流量計(ji)安裝在減壓(ya)裝置上遊;.
②若(ruò)安裝在減壓(ya)裝置下遊,盡(jìn)量采用溫壓(yā)雙補償方式(shì),或單壓力補(bǔ)償方式。.
2)選擇(ze)具有内置精(jing)度高标準算(suàn)法的渦街流(liú)量計
軟件算(suan)法會對渦街(jie)流量計計量(liang)的精度造成(chéng)較大⭐影響。如(rú)蒸🔴汽🔱密度、氣(qì)體壓縮系數(shu),都是影響計(jì)算精度的關(guan)鍵參數✌️。
蒸汽(qì)密度的計算(suàn)方法有查表(biao)法和公式法(fa)兩種,兩種算(suàn)🔅法🔞中公式法(fǎ)相對精度高(gao),并且可以對(duì)蒸汽飽和及(ji)👅過熱區域🧡進(jin)行判斷;查表(biao)法覆蓋區域(yu)有限,對于蒸(zhēng)汽🌈飽和及過(guo)熱區域沒有(yǒu)正确的界限(xian)。
氣體的壓縮(suō)系數也是随(sui)工況條件而(er)變化的,如果(guǒ)默認按1計算(suàn),則計算結果(guo)會存在--定偏(pian)差。因此,測氣(qi)體,尤其是測(cè)天然氣時,應(yīng)選用帶有壓(ya)縮系數補償(cháng)功能的渦街(jie)流量計。天然(rán)氣壓縮系數(shu)曲線如圖7所(suǒ)📞示。
5結語
渦街(jie)流量計是目(mu)前最适合貿(mao)易計量的流(liú)量計之一，因(yīn)爲💘通過渦街(jiē)輸出的漩渦(wo)頻率的穩定(dìng)性能夠❓直觀(guan)地判斷出流(liu)量計工🌍作是(shi)否異常，且壓(yā)損小、安裝方(fang)便⁉️,長期使🔴用(yòng)中渦街流量(liang)計産生的表(biao)體結構偏差(cha)對儀表系數(shù)的影響很小(xiao)，因此可以長(zhǎng)期作爲☂️計量(liang)儀表使用。
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