摘要(yào)：爲克服液體(tǐ)容積式流量(liang)計的缺陷，在(zài)卡門渦街原(yuán)理和創新的(de)基礎上,基于(yu)渦街流量傳(chuán)感器 的精度(dù)高液體旋渦(wō)流量計。實際(jì)應用表明:該(gāi)旋渦流♌量計(jì)具有精度高(gāo)、量程寬及對(duì)前後直管段(duàn)要求🈲低等優(yōu)點，可應用于(yú)環境苛刻的(de)計量場合。
　　液(ye)體流量計 主(zhǔ)要以液體容(rong)積式流量計(ji)“爲主，如 橢圓(yuán)齒輪流量計(ji) 、螺旋轉子流(liu)量計及羅茨(cí)流量計等,其(qí)共同點是精(jing)度🐆較🙇🏻高且有(yǒu)一對轉子，系(xi)機械式流量(liàng)計;但量程窄(zhai)、結構複雜、零(ling)部件加工精(jing)度高、材料成(chéng)本高、可動部(bu)件的轉子易(yì)磨損、壓力損(sun)失大、易卡滞(zhi)、不能計量含(hán)顆粒物或結(jie)晶的液體、不(bú)耐高溫及不(bu)能用蒸汽吹(chui)👄掃等缺陷，因(yin)此适用場合(hé)非常有限。普(pu)通旋渦流量(liang)♈計指渦街流(liu)量計，但其精(jīng)度很難達到(dào)一-級以上,對(duì)前後直管段(duàn)等安裝工藝(yi)的要求也較(jiao)高,而且可測(ce)液體流速較(jiao)高; 渦輪流量(liàng)計 結構複雜(za)，有轉動的渦(wo)輪轉子和軸(zhóu)承，對零部件(jian)加✔️工精📧度♻️要(yao)求高,也不耐(nai)高溫,不能測(ce)量易結晶流(liú)體。
　　目前工業(yè)生産中對精(jīng)度高、安裝要(yao)求低、性能可(kě)靠、适用⛷️範圍(wéi)廣的高品質(zhi)流量計的需(xu)求越來越多(duo)。爲克服液體(ti)💃🏻容積式流量(liàng)計的缺陷,在(zài)卡門渦街原(yuan)理和技術🔞創(chuàng)新的基礎上(shàng)，研制基👄于渦(wō)街流量傳感(gǎn)器的液體旋(xuan)渦流量計。
1液(ye)體旋渦流量(liàng)計①
1.1計量原理(lǐ)
　　液體旋渦流(liu)量計的基本(ben)結構如圖1所(suǒ)示。測量管表(biao)體的剖視圖(tú)如圖2所示，可(ke)見其爲三段(duan)式結構。
 
　　測量管(guǎn)表體與流體(ti)輸送管相連(lian)，流體流入測(ce)量管表🔴體,通(tong)過旋🌍渦發生(shēng)體的流體分(fèn)散6處沿偏角(jiǎo)的葉片向前(qián)流動,并産生(sheng)繞管道中心(xīn)軸旋轉的脈(mò)動旋渦流繼(jì)續流動,随着(zhe)縮🔞口段的☁️減(jian)小，脈📐動旋渦(wō)流的流速越(yue)來越大，到達(da)直管段時流(liú)速最大㊙️，并經(jing)直管段的二(er)次整流後脈(mo)動流💚最強、最(zuì)穩定，且環.繞(rào)管壁處的流(liú)速最大;此時(shí)插入安裝在(zai)直管段的旋(xuán)渦檢🙇🏻測傳感(gan)器檢測到旋(xuan)渦流的脈動(dòng)頻率，該脈動(dòng)頻率和📧流體(ti)流速成良好(hao)💞的線性關系(xi)，旋渦🏃🏻檢測傳(chuán)感器輸出相(xiàng)應頻率的電(diàn)信号到信号(hao)處理與 積算(suan)顯示儀 後進(jìn)行信号處理(lǐ)并準确計算(suan)出流體流量(liang);計量過的👄旋(xuan)渦流經消旋(xuan)器消旋整流(liú)成無旋渦的(de)流體流往下(xià)遊管道。
1.2旋渦(wo)發生體
　　旋渦(wō)發生體的不(bu)同于三角柱(zhù)或梯形柱田(tián)渦街旋👌渦發(fa)生體,它💛是在(zai)-一個小直徑(jing)圓柱體上圓(yuan)周螺旋分布(bù)安裝6個直💃🏻葉(ye)片,6個直🈲葉片(pian)沿圓周均勻(yún)分布且與中(zhōng)心🔅軸呈40°偏角(jiao)。這種特殊結(jie)構的旋渦發(fā)生體既是旋(xuán)渦流的發生(shēng)體，又具有流(liu)動調整器的(de)作用,因此經(jīng)過該旋渦發(fa)生體産生的(de)旋渦流場更(geng)穩定、更強，旋(xuan)渦流對安裝(zhuang)在後面的流(liú)量傳感器作(zuo)用力也更大(dà),有利于流量(liang)信号的🤟檢測(cè)，也從根本上(shang)保證了流量(liang)計具有良好(hǎo)的🧡重複性”;此(cǐ)特征也是🙇🏻作(zuò)爲液體💔旋渦(wō)流量計的首(shou)要和✔️必要條(tiáo)件;該結構特(tè)點也使該流(liu)量計不僅對(duì)安裝工藝要(yào)求低，特别✉️是(shì)對前後♈直管(guan)段長度的要(yao)求更低(前直(zhí)管段3D~5D,後直管(guan)段1D~2D),而且🐆可以(yǐ)👄抑制上遊脈(mo)動流、紊流0、管(guan)道振動和流(liu)體氣穴的幹(gan)擾,這是渦街(jiē)流量計與其(qi)他速度式流(liú)量計所不具(ju)備的。另外,該(gāi)部件整體采(cǎi)用不鏽鋼材(cai)料，可耐高溫(wen)耐腐蝕。
1.3測量(liàng)管表體
　　測量(liang)管表體是具(ju)有特殊結構(gou)和尺寸的三(san)段式直通管(guǎn)，全部采用不(bu)鏽鋼制成;表(biao)體内通道形(xíng)狀像經☎️典的(de)文丘👅裏管,但(dàn)與其作🔞用有(yǒu)本質區别，此(ci)處結構不同(tong)于文丘裏管(guǎn)獲得🏒上下遊(you)符合特定函(han)數規律的壓(ya)差參數，而是(shi)獲得一個适(shi)度的壓差和(hé)流體的✊加速(sù)作用，起到對(duì)旋渦流體二(er)次整流㊙️的作(zuo)用，二次整流(liu)過的旋渦流(liu)脈動更強,旋(xuán)渦傳感器就(jiu)是檢測📐此時(shí)的旋渦流脈(mò)動。另外，此三(san)段式流體通(tōng)道的壓損較(jiao)小,對流量計(ji)的🏃‍♀️流量特性(xìng)曲線有調整(zhěng)功能，在結合(he)大量實驗數(shu)據的基礎上(shang)優化計算出(chū)一套尺寸參(can)數，按此尺寸(cun)設計的流量(liàng)計在較寬的(de)流量範🥵圍仍(réng)具有很高的(de)線性度,這個(ge)特征是作爲(wèi)流量計能保(bao)證的關鍵;直(zhí)管段部分的(de)🤩直徑比參數(shù)的設計值大(dà)于0.7,從🈲而在滿(mǎn)足精度要求(qiu)的同時實現(xiàn)流通截面最(zuì)大化，從根本(běn).上減小工作(zuò)時的壓損，後(hòu)期實驗驗證(zheng)壓損僅爲同(tóng)口🧑🏾‍🤝‍🧑🏼徑容積式(shi)流量計的20%~30%，節(jiē)能效果明顯(xian);該設計也保(bǎo)證了整個流(liu)體管道内‼️光(guāng)滑流線💜無死(sǐ)角,不會造成(chéng)堵塞及介質(zhi)留存等現象(xiang),可用于易結(jié)晶、含顆粒物(wù)、非潔淨液體(tǐ)或具🔅有衛生(shēng)潔淨要求的(de)液體計量。
1.4旋(xuán)渦檢測傳感(gǎn)器
　　(簡稱傳感(gan)器),該傳感器(qì)采用高溫铌(ní)酸锂壓電晶(jing)體技術040、探頭(tóu)内🧑🏽‍🤝‍🧑🏻腔無填充(chong)材料結構、抽(chou)真空全氩弧(hu)焊接密封技(jì)🤞術及剛性的(de)金屬铠裝導(dao)線等新材料(liào)和新工藝技(ji)術制成;探頭(tóu)🏃也采用不鏽(xiu)鋼材料制成(cheng)。該傳感器具(ju)🔴備通用性、耐(nai)高溫、抗振性(xing)強和信噪比(bi)高的特點，既(jì)可用于渦街(jie)流量計又可(kě)用于本流量(liàng)計🌈。旋渦檢測(ce)傳感器内部(bù)封裝的✌️壓電(diàn)晶體爲居裏(li)點溫度在1200℃的(de)铌酸锂單晶(jīng)體💛,從根本上(shang)💋保證了傳感(gǎn)器💋耐高溫400℃的(de)性能;采用♻️内(nèi)部無填充結(jié)構、封🔆裝工藝(yi)和剛性铠裝(zhuang)導線結構形(xing)🐕式，保證了傳(chuan)感器具有很(hěn)高💃🏻的信噪比(bǐ)和抗振🍉性。該(gai)設計也是本(běn)課題的基礎(chǔ)所在，采用渦(wo)街流量傳感(gan)器配套方案(an)使得該流量(liàng)計☂️保留了渦(wo)街流量計全(quan)部的優點。
1.5信(xìn)号處理和流(liú)量積算儀
　　由(yóu)于流量傳感(gǎn)器采用了壓(yā)電式渦街流(liu)量傳感器，所(suo)👅以信号變🌈送(song)器、流量計積(jī)算儀和 渦街(jiē)流量計 的設(she)計相同。由信(xin)号處理和流(liú)量積算儀組(zǔ)成的電氣系(xì)📧統結構框圖(tu)如圖3所示。
 
　　渦(wo)街流量傳感(gan)器輸出的電(dian)荷信号經電(dian)荷放大器轉(zhuǎn)換爲電壓信(xìn)号,再通過電(diàn)壓放大器、低(dī)通濾波器和(he)電🍓壓跟随器(qi)的濾波放大(da)與整形後輸(shū)出脈沖信号(hao)進入單片機(ji);單片機💛采用(yong)16位超低功耗(hao)MSP430s系列芯片,使(shǐ)得該流量計(ji)具有雙電源(yuan)供電功能,輸(shu)出信号有🧑🏾‍🤝‍🧑🏼三(san)線制脈沖、兩(liang)/三線制4~20mA電流(liú)兩種,還具有(yǒu)RS485通信功能等(deng),充分滿足各(gè)種工業計量(liàng)場合的需求(qiú)。
2測試與應用(yòng)
　　評定流量計(ji)性能指标主(zhu)要有4個參數(shu):K系數、量程比(bi)、重複性和精(jīng)度等級。其中(zhong),K系數是指一(yi)個測量周期(qī)内,流量計輸(shū)出👨‍❤️‍👨的脈沖數(shù)與流過流量(liàng)計的相應流(liú)㊙️體總體🏃積之(zhi)比,每台流量(liàng)計都.有一個(ge)對應的平均(jun)K系數,一般都(dou)是通過實流(liú)标定得出的(de);量程比是指(zhi)☁️流量計可測(cè)最大流量值(zhi)與最小流量(liang)值的比值;重(zhong)複性是指在(zai)相同測量條(tiao)件下,重複測(cè)量同一個被(bei)測量,測量儀(yí)器提供相近(jin)示值的能力(li);精度等級是(shi)㊙️指符合一定(ding)的計量㊙️要求(qiu)，使誤差保持(chí)在🚶‍♀️規定極限(xiàn)以内的測量(liang)儀器的等别(bie)或級别。
　　根據(ju)上述測試性(xing)能指标，對該(gai)方案研制的(de)DN25mm、DN32mm和DN50mm共3種口徑(jìng)的樣機㊙️一批(pi)共10台進行測(cè)試，10台樣機啓(qǐ)停質量法水(shuǐ)🔞流量标準裝(zhuāng)置💁上全部通(tōng)過0.5級合格檢(jian)定,特别是重(zhong)複性指标，全(quan)部優于0.1%。其中(zhong)一台DN25mm口徑樣(yang)機的标定結(jie)果見表1,其量(liang)程比達15:I,最小(xiao)流速測到0.28m/s,量(liàng)程範圍明顯(xiǎn)高于同口徑(jìng)的各種容積(ji)式流量計,精(jīng)度等級高于(yú)渦街流量計(jì)等其他普通(tōng)速度式流量(liàng)計。
 
　　2014年，國内某(mou)核電站定制(zhi)了一台DN25mm口徑(jing)液體旋渦流(liú)量計，用于計(ji)量含結晶和(he)顆粒物的核(hé)廢液,經用戶(hù)現場标定其(qi)精度💔等級達(dá)到0.4;另一化工(gōng)企業用戶的(de)一台DN25mm口徑液(yè)體旋渦流量(liang)⛹🏻‍♀️計,用于計量(liang)150℃下的甲基鄰(lín)苯二铵有機(jī)🔴液流量,介質(zhi)粘度150mPa.s,用戶現(xiàn)場實❓.流标定(dìng)其精度等級(ji)達到0.5級。
3結束(shù)語
　　設計的基(ji)于渦街流量(liàng)傳感器的液(ye)體旋渦流量(liàng)計吸收💃了容(rong)積‼️式流量計(ji)、渦街流量計(jì)及文丘裏管(guǎn)流量計等多(duo)種技術或性(xing)能的優點,該(gāi)流量計所采(cǎi)用的關鍵部(bu)件一✉️通用渦(wo)街流量傳感(gan)器技術已獲(huò)國家專利授(shòu)權,整機技術(shù)可測液體旋(xuán)渦流量計也(ye)已獲國家專(zhuan)利0，是結構簡(jian).單、整機零部(bu)件少、制造成(cheng)本低和機電(diàn)一體智能化(huà)的液體流量(liang)計，樣機測試(shì)和用戶的實(shi)🥵際應.用都證(zheng)實其測量精(jīng)度較高。該流(liu)量🔆計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻還适用(yong)于有特殊🛀🏻要(yao)求的計量場(chǎng)合🥰。  

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