摘要:傳(chuan)統的渦(wo)街流量(liang)計 對管(guan)徑雷諾(nuò)數Rep<104時的(de)流量不(bú)能測量(liàng),且儀表(biǎo)的耐展(zhǎn)性差,遇(yu)到🚶‍♀️安裝(zhuang)地點晨(chén)動或管(guǎn)道振動(dòng)的場合(he),則測量(liang)結果經(jing)常失真(zhen)，不能保(bǎo)證準确(què),并且儀(yí)表的安(ān)裝條件(jiàn)苛刻。文(wen)中介紹(shào)了基于(yu)電磁檢(jian)測法的(de)電礅渦(wo)街流量(liàng)計的原(yuán)理、設計(jì)及如何(hé)克服上(shang)述缺點(diǎn)的舉🌍措(cuò)。
　　自從1969年(nián)第一台(tái)渦街流(liu)量計問(wen)世以來(lai),由于可(ke)以測量(liàng)氣體❗、液(yè)體🌍和蒸(zhēng)汽的流(liú)量,而且(qie)結構簡(jiǎn)單、範圍(wéi)度寬、壓(ya)力損失(shi)低、輸出(chū)信号和(hé)流量呈(chéng)線性關(guān)系、價格(gé)适中,使(shǐ)得渦街(jie)流量計(jì)的發展(zhan)異常迅(xun)速,市場(chang)占有率(lü)上升到(dao)流量儀(yi)表的10%以(yi)上。渦街(jiē)流量計(ji)在工業(yè)應☁️用中(zhōng)仍然存(cun)在以下(xià)問題:
(1)抗(kàng)幹擾性(xìng)差,尤其(qi)對管道(dao)振動敏(min)感,影響(xiǎng)測量結(jie)果;
(2)渦街(jie)流量計(jì)是速度(dù)式儀表(biǎo),流體在(zài)管道流(liu)動時的(de)分布畸(ji)變會影(ying)響漩渦(wo)的形式(shi)，要求在(zài)流量計(jì)的上遊(you)至少安(an)裝10D(D爲管(guǎn)道直徑(jing))長度的(de)直管段(duan)，下遊則(zé)有5D的直(zhi)管段;
(3)測(cè)量時,被(bèi)測流體(tǐ)必須滿(man)足Rep≥2X104才能(néng)産生穩(wěn)定的漩(xuan)禍。
1測量(liang)原理
　　如(ru)圖1所示(shì)，電磁渦(wo)街流量(liang)計由二(èr)部分組(zǔ)成:轉換(huan)顯示電(dian)路(上部(bù))和流量(liàng)傳感器(qì)(下部)。流(liú)量傳感(gǎn)器主要(yào)由漩渦(wo)發生體(tǐ)♊、信号電(diàn)極、永久(jiǔ)磁鐵、殼(ke)體組成(cheng)。渦街流(liú)量傳感(gan)器的工(gōng)作原🌈理(li)如圖2所(suo)示。
　　被測(cè)流體流(liu)經漩渦(wō)發生體(tǐ)時，當流(liu)量增大(dà)到一定(ding)程度時(shi),流體會(huì)在漩渦(wo)發生體(tǐ)兩側産(chǎn)生交替(tì)變化的(de)兩列漩(xuán)渦。當兩(liang)列漩渦(wō)的距離(lí)h滿足公(gong)式h=1.3b時,産(chǎn)生的漩(xuan)渦是穩(wen)定的。單(dan)列漩渦(wō)的🔞頻率(lü)和流體(tǐ)流速之(zhī)間呈下(xià)列關系(xi):
 
　　式中,v1爲(wèi)漩渦發(fa)生體兩(liǎng)側平均(jun)流速,m/s;b爲(wei)漩渦發(fā)生體迎(yíng)流面的(de)最大寬(kuān)度,m;St爲斯(sī)特勞哈(ha)爾數,當(dāng)雷諾數(shu)ReD≥2X104,漩渦發(fā)🌈生體🤞和(hé)管徑尺(chǐ)寸确定(ding)後,是一(yī)常數。将(jiāng)式(1)整理(li)得
 
　　當渦(wō)街流量(liang)計的柱(zhu)寬比b/D=0.28時(shi)，經計算(suàn)漩渦發(fa)生體兩(liǎng)側的流(liú)通面積(ji)S1爲
 
　　由式(shì)(4)知，對于(yu)已确定(dìng)口徑的(de)流量計(ji),b、D固定。在(zai)一定的(de)流♋量範(fan)圍内St是(shi)常數,所(suǒ)以K爲一(yi)常數;則(ze)單列漩(xuan)渦的頻(pin)率ƒ和流(liu)量qv成正(zhèng)比🔅，隻要(yào)檢測出(chū)漩渦的(de)頻率數(shu)就🤟可以(yǐ)知道被(bei)測流體(ti)的流量(liàng)大小。
　　由(you)圖1可以(yǐ)看出,在(zài)滿渦發(fā)生體的(de)下遊有(you)--處在磁(cí)場中心(xin)的🥵電極(jí),振動漩(xuan)渦列向(xiàng)下遊移(yi)動時作(zuò)用于信(xin)号電極(jí)上,使信(xin)号電極(ji)産生和(hé)漩渦頻(pín)率相同(tóng)頻率的(de)振動💰。由(yóu)電磁感(gǎn)應定律(lǜ),信号電(diàn)極在磁(cí)場中作(zuò)切割磁(cí)力線運(yùn)動,信号(hao)電極會(huì)産生感(gan)應電動(dong)勢。
 
　　式中(zhong),Ex爲感應(ying)電動勢(shì),V;B爲磁感(gan)應強度(du),T;d爲信号(hào)電極直(zhi)🏃‍♂️徑🚶,m;V2爲信(xìn)号電極(ji)切割磁(ci)力線速(su)度,m/s。
　　流體(tǐ)流經漩(xuán)渦發生(shēng)體産生(shēng)交替變(bian)化的遊(yóu)渦,湔渦(wo)作用于(yu)💛信号電(diàn)極.上産(chan)生感應(yīng)電勢Er,其(qi)極性也(yě)随漩渦(wo)的交替(ti)💔變化而(ér)變化,Ex變(bian)化頻率(lǜ)就是漩(xuan)渦的頻(pín)率🍓。因此(cǐ),隻要測(cè)出信号(hao)電極輸(shū)出的感(gan)應電勢(shi)Ex,就可知(zhi)🚶道流體(ti)的體積(ji)流量qv。
2傳(chuán)感器的(de)研制
2.1傳(chuán)感器殼(ke)體設計(ji)
(1)采用了(le)漸縮測(ce)量導管(guǎn)經一角(jiǎo)度漸縮(suō)爲管道(dào)直徑的(de)4/5,傳感器(qi)本體經(jīng)這樣設(shè)計後,在(zài)流量不(bu)變的條(tiáo)件下，流(liú)過傳感(gan)器的流(liú)速增加(jiā),管徑雷(léi)諾數Re增(zeng)加，解決(jué)了拓寬(kuān)測量下(xia)限的矛(máo)🔞盾。從流(liú)體的連(lian)續性方(fang)程可得(de)
 
　　式中,S爲(wei)管道内(nei)截面積(ji)，m2;v爲流經(jīng)管道内(nèi)截面的(de)平均流(liú)✊速，m/s;S1爲流(liú)體流經(jing)有漸縮(suō)測量導(dao)管的漩(xuán)渦發生(shēng)體處的(de)💁流通截(jié)面積,m2則(ze)
 
　　上式說(shuo)明，流經(jing)傳感器(qi)的流體(ti),流速大(da)大增加(jia)了,在🔴被(bei)測量流(liú)體的其(qi)它條件(jiàn)不變的(de)條件下(xià)。管徑雷(léi)諾數數(shù)值有㊙️很(hěn)大的改(gai)變,經👈過(guò)計算可(kě)将流體(tǐ)的雷諾(nuò)數下限(xian)從2X104降到(dào)2080,從而大(dà)🤞大加寬(kuan)了電磁(cí)渦街流(liú)量計的(de)量程比(bi)。經現場(chǎng)實驗,電(diàn)磁渦街(jiē)流量計(jì)的量程(chéng)比爲25:1。
(2)電(diàn)磁渦街(jie)流量傳(chuán)感器的(de)漩渦發(fā)生體在(zài)三角柱(zhu)的基✉️礎(chu)♋上☎️做了(le)改進，将(jiāng)漩渦發(fa)生體迎(ying)流面、背(bèi)流面設(she)計成和(he)梯形柱(zhù)具有⚽相(xiang)同外接(jiē)圓的圓(yuan)柱面。漩(xuan)渦發生(sheng)體的迎(yíng)流面📧設(she)計成圓(yuan)柱面，從(cong)而具有(you)圓柱型(xing)漩渦發(fa)生體St較(jiao)大的優(yōu)點,在管(guan)徑和迎(yíng)流面🐪寬(kuan)度相同(tong)💚的條件(jian)下，流過(guò)相同體(tǐ)積的流(liu)體時,漩(xuan)渦發生(shēng)體可以(yǐ)産生更(gèng)多🔞的漩(xuan)禍，使渦(wō)街流量(liang)計可以(yǐ)測量比(bǐ)較🌂小的(de)流量,拓(tuò)寬了流(liú)量測量(liang)下限。
　　渦(wo)街流量(liang)計是速(sù)度式流(liú)量計,它(ta)是以測(cè)量流體(tǐ)流經🙇🏻管(guǎn)道的平(ping)均流速(sù)爲測量(liàng)依據的(de)儀表。當(dang)流體流(liu)經漩🌈渦(wo)發生體(tǐ)時，産生(shēng)的漩渦(wo)容易受(shou)到傳感(gan)器上遊(you)側局部(bù)阻力件(jiàn)的影響(xiang),尤其是(shi)流體流(liu)經管道(dào)産生分(fen)布型🤟畸(jī)變時，産(chan)生的謙(qian)渦質量(liang)将受到(dao)破壞，因(yin)此安裝(zhuāng)渦街流(liu)量計時(shi)，上遊側(ce)至少要(yào)有10D長度(du)的直管(guan)段(一般(bān)爲20D直🏃🏻‍♂️管(guan)段長度(du)),下遊側(ce)要有5D長(zhang)度的直(zhi)管段。電(diàn)磁渦街(jie)流量計(jì)本體經(jing)過上述(shù)㊙️巧妙設(she)計後,可(ke)将上遊(yóu)側直管(guan)段長度(du)要求縮(suo)短到6D,下(xià)遊側直(zhí)管段長(zhǎng)度3D。
2.2轉換(huan)電路設(she)計
　　電磁(cí)渦街流(liú)量計的(de)轉換電(diàn)路的任(rèn)務是把(ba)流量傳(chuán)感器輸(shu)出的感(gan)應電動(dòng)勢信号(hao)轉換成(cheng)瞬時流(liú)量、累⚽積(ji)流量和(he)标準👅頻(pin)率信号(hao)輸出。電(dian)磁檢測(cè)的渦街(jiē)流量計(ji)轉換電(diàn)路結構(gou)框圖如(rú)圖3所示(shì)。
 
　　轉換電(dian)路工作(zuò)過程是(shì):被測流(liú)體流經(jing)電磁流(liú)量傳㊙️感(gan)器,産生(sheng)漩渦,交(jiao)替變化(huà)的漩渦(wo)推動信(xin)号電極(ji)在磁場(chang)中切割(ge)磁力線(xian),從而産(chan)生感應(yīng)電勢Ex,微(wēi)弱的感(gan)㊙️應電勢(shì)♊信号Ex經(jīng)✔️前置放(fang)大、交流(liu)🔞放大和(he)低通濾(lü)波,然😍後(hòu)由施密(mì)特獨發(fa)器🚩整形(xing)爲标準(zhun)頻率脈(mò)沖,此信(xin)号進入(rù)微處理(li)器CPU,進行(háng)各種運(yun)算,再經(jing)液晶顯(xian)示器顯(xiǎn)🥰示瞬時(shi)流量、累(lèi)積流量(liang)等。爲防(fang)止儀表(biǎo)掉電，在(zài)電路中(zhong)設計了(le)掉電保(bao)護裝置(zhi)。爲降低(di)功耗,提(tí)高轉換(huàn)電路💯的(de)抗幹擾(rǎo)功能,轉(zhuǎn)換電路(lù)所有的(de)集💯成電(diàn)路均采(cai)用微功(gōng)耗器件(jian)[2],電源采(cai)用電池(chi)供電,使(shi)得儀表(biǎo)小巧美(měi)觀。其主(zhu)要特點(dian)是:
(1)采用(yong)電磁檢(jian)測漩渦(wo)的頻率(lǜ),避開了(le)檢測漩(xuan)禍升力(lì)的🐆方法(fa),耐振動(dòng)性好,消(xiao)除了三(sān)維方向(xiàng)上的振(zhen)動幹擾(rǎo)，現場實(shi)驗也🔴充(chong)分證明(míng)了這一(yī)優點。
(2)電(diàn)磁渦街(jiē)流量傳(chuan)感器的(de)激磁裝(zhuang)置采用(yòng)永久磁(ci)鐵。轉換(huàn)電路由(yóu)于采用(yong)了一系(xi)列的低(dī)功耗設(she)計方法(fa),因而可(ke)采用電(diàn)池供電(diàn),不需要(yao)交流電(dian)源,直接(jiē)消除了(le)因交流(liu)供電而(er)引入的(de)工頻幹(gan)擾，抗幹(gan)擾能力(li)強。
3應用(yong)
　　由于電(dian)磁法檢(jiǎn)測漩渦(wō)頻率的(de)電磁渦(wō)街流量(liang)計具有(yǒu)範圍度(dù)寬、耗電(dian)少、壽命(mìng)長、抗振(zhen)性好、安(an)裝條件(jian)要求寬(kuān)松的優(you)點，因而(ér)應用範(fàn)圍比較(jiao)廣。現已(yǐ)經研推(tuī)出DN15一DN200系(xi)列，DN40的測(cè)量精度(dù)可達0.8%，可(ke)用于測(cè)量大部(bù)分的氣(qi)體、液體(ti)流量，适(shì)用于.複(fu)雜的化(hua)工生産(chan)環境,适(shì)用溫度(dù)範圍可(ke)達-40℃~250℃,可以(yi)準确測(cè)量雷諾(nuò)數大于(yu)3000的液體(tǐ)流量。本(běn)流量計(ji)屬于無(wú)空洞設(she)計,具有(yǒu)避免肮(ang)髒介😍質(zhì)堵塞的(de)優點,适(shi)用于污(wū)水的測(cè)量。在通(tong)訊方面(mian),本流量(liàng)計采用(yong)了HART通訊(xun)⭐協議，可(kě)進行遠(yuan)程通訊(xun)。

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