摘要:由于能(neng)源價格的不(bú)斷上漲,用能(neng)成本已經成(cheng)爲衆多㊙️工業(yè)🈲企業的主要(yao)運營成本之(zhī)一,對于能源(yuan)🛀的計量也越(yuè)來越成爲社(shè)💋會的關注焦(jiao)點,能源計量(liang)器具的配備(bei)合理與否.計(ji)量準确與否(fǒu)與企業的切(qie)身利益息息(xi)相關。渦街流(liú)量計 由于原(yuán)始信号爲數(shù)字信号，具有(yǒu)測量精度高(gao)、補償計算簡(jiǎn)單,異常狀況(kuang)時易于分析(xi)的優勢,在能(néng)源的⚽貿易計(jì)量上占有一(yī)席之地。該文(wén)介紹了渦街(jiē)流量計的測(ce)量原理🔴,分析(xi)了渦街流量(liàng)計在貿易計(jì)量上的優勢(shi),以🌏及渦街流(liú)量計應用🐆于(yú)貿易計🔆量時(shí)的注🍉意事項(xiàng)。
　　渦街流量計(ji)是一種應用(yong)卡門渦街原(yuan)理的流量計(ji),用于液體、氣(qì)體和蒸汽的(de)測量,也可測(cè)量含有微小(xiǎo)顆粒、雜質的(de)渾濁液體，廣(guang)泛應用于石(shi)油、化工、制藥(yao)🏃🏻‍♂️、造紙、冶金、電(dian)力、環保、食品(pin)等行業。
1渦街(jiē)流量計的工(gōng)作原理
　　渦街(jiē)流量計是以(yǐ)卡門渦街理(lǐ)論爲基礎:當(dāng)流體流經非(fēi)線性💜的三角(jiao)柱擋體時,在(zài)擋體的兩側(cè)就會交⭐替産(chǎn)生有規則的(de)旋渦信号,該(gāi)旋渦的分離(lí)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(gen)據卡門渦街(jie)原理,有如下(xià)關系式:
 
式(shi)中:
m一旋渦發(fa)生體兩側弓(gōng)形面積與管(guǎn)道橫截面面(miàn)積之比(無量(liàng)綱);
D一表體通(tong)徑(單位:m);
d一旋(xuan)渦發生體迎(yíng)面寬度(單位(wèi):m);
f一旋渦的發(fā)生頻率(單位(wèi):Hz);
U1一旋渦發生(sheng)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(yi)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(liang)(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(wo)街流量傳感(gǎn)☎️器幾何尺寸(cun)即渦街口徑(jìng)、阻擋體寬度(dù)與斯特勞哈(hā)🈲爾數sr有關。斯(sī)特🍓勞哈爾數(shù)與雷諾數的(de)關系如圖2所(suo)示🈲,可見，當雷(lei)諾數Re在2x104~7x106之間(jian)時,Sr可視爲常(chang)數。也就是說(shuo),對于一台口(kǒu)徑、阻擋體幾(ji)何尺寸已經(jing)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(ding)值的。
 
2渦街流(liú)量計的特點(diǎn)
1)可測量液體(tǐ)、氣體、蒸汽的(de)流量;
2)輸出爲(wèi)脈沖頻率,其(qi)頻率與被測(cè)流體的實際(jì)體積流量成(chéng)正☔比,且不受(shòu)流體組分、密(mì)度、壓力、溫度(dù)的影😍響;
3)結構(gòu)簡單,無機械(xie)運動部件,長(zhang)期運行穩定(dìng)可靠;
4)量程比(bi)适中,普通傳(chuan)感器量程比(bi)可達10:1以上,智(zhi)能渦街流量(liàng)⛹🏻‍♀️計量程比可(ke)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(wo)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(dù)高
　　渦街流量(liàng)計的旋渦分(fen)離頻率是與(yǔ)體積流量的(de)大小成正比(bǐ)的,且分離頻(pín)率不受流體(ti)組分、密度、壓(ya)力溫度的影(yǐng)響。隻要測量(liang)出旋渦個數(shu),就可以準确(que)計算出體積(ji)流量，而旋渦(wō)個數的測量(liàng)是純數字概(gài)念,不存在測(ce)量數值上的(de)誤差，讓渦街(jie)流量計具有(yǒu)了全量程範(fàn)圍内流量信(xin)号精确的特(tè)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(jiē)⭐和模拟類流(liú)量🚶‍♀️計精度對(dui)比如表1所示(shi)。
 
2)補償運算簡(jiǎn)單,計算精度(dù)高,未知參數(shù)少
　　渦街流量(liàng)計的體積流(liú)量可以通過(guo)測量旋渦分(fen)離頻率得知(zhī),蒸汽密度、氣(qì)體密度、壓縮(suō)系數都可以(yi)通👄過測量溫(wēn)度壓力進行(háng)補償計算,且(qiě)計算公式均(jun1)爲國标或國(guó)際公式,計算(suan)💯精度高。與差(chà)壓🌈式流量計(jì)對比,差壓式(shi)流量計計算(suan)結果受密度(dù)、粘度、等熵指(zhi)數、壓縮系數(shù)、氣體可膨脹(zhang)系數以及結(jié)構尺寸熱脹(zhang)冷㊙️縮變化的(de)影響🚶‍♀️2,補償計(jì)算較複♍雜,且(qie)很多差壓式(shi)流量計并沒(mei)有氣體可膨(peng)脹系數的補(bǔ)償計算公式(shì),因此,計量結(jié)果會存在一(yi)定偏差。
　　渦街(jie)流量計算法(fǎ)流程如圖3所(suo)示,圖中虛線(xian)框爲外部🏃🏻采(cai)集信♋号,實線(xiàn)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(xian)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(chang)時,能快速分(fen)析判斷
　　由于(yu)卡門渦街流(liú)量信号是由(you)旋渦頻率數(shu)值來.體現的(de),在正常💜情況(kuang)下,旋渦分離(li)頻率是穩定(ding)的,隻有當傳(chuan)感器發生異(yi)常或工🏃‍♂️況發(fa)生變化時,旋(xuan)渦分離頻率(lü)才會有很🌂大(dà)的變化,因此(ci),通過觀察渦(wo)街流量傳感(gǎn)器頻率變化(hua)範圍的大小(xiao)，可以很方便(biàn)的分析出傳(chuán)感器是否存(cun)在故障,不會(huì)出現模拟類(lei)傳感器🧑🏽‍🤝‍🧑🏻在使(shǐ)用時因爲零(líng)點偏移或模(mo)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(shi)
 
　　觀察渦街流(liú)量計放大整(zhěng)形後波形,若(ruò)爲均勻方波(bō)信号♋,則爲正(zhèng)常流量變化(huà);若出現明顯(xian)不均勻方波(bo)信号,則可能(neng)爲外界幹擾(rǎo)、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(shàng)的注意事項(xiàng)
　　除常規的選(xuǎn)型設計外，渦(wo)街流量計用(yong)在貿易計量(liang)時📞,還應注🔴意(yì)以下幾點:
1)蒸(zhēng)汽狀态變化(huà)對流量測量(liang)的影響測量(liàng)蒸汽時,在蒸(zheng)汽經過閥i]或(huo)較長管道輸(shū)送後,可能會(hui)産生蒸汽狀(zhuàng)态變化的情(qing)況:.
(1)過熱蒸汽(qi)變爲飽和蒸(zhēng)汽
　　過熱蒸汽(qi)在管道輸送(song)過程中，會産(chan)生熱能損失(shi),即溫度降⭕低(dī)。當溫度降到(dao)一-定程度時(shi),會從過熱蒸(zhēng)汽狀态🏃‍♂️進入(ru)臨界幹飽和(hé)狀态或過飽(bao)和狀态。
　　如進(jìn)入幹飽和狀(zhuang)态，理論上不(bú)會産生計量(liàng)誤差。因幹飽(bǎo)和㊙️蒸汽仍屬(shǔ)于蒸汽範疇(chou),且測量過熱(re)蒸汽一般選(xuǎn)用溫度壓力(li)雙💃🏻補償方式(shì),同時适用于(yú)過熱蒸汽和(he)幹飽和蒸汽(qi)的密度補償(chang)。
　　如進人過飽(bao)和狀态(即濕(shi)飽和狀态),濕(shī)度會以水滴(dī)、水霧的🐇狀🔱态(tài)存在,勢必影(ying)響介質的密(mì)度。但蒸汽的(de)密度補償算(suàn)法☔僅适用于(yú)幹蒸汽的計(jì)量,因此濕度(dù)🚩越大(幹度越(yue)小),誤差越大(dà)。一般情況下(xia)，幹度≥95号時,誤(wu)差較小;幹度(dù)<958時,誤差過大(da)。
解決方法:
①減(jian)短輸送管道(dào)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(biao)安裝管道擡(tái)高，或增加排(pái)液裝置☎️。
(2)飽和(he)蒸汽變爲過(guo)熱蒸汽4
　　理想(xiǎng)的飽和蒸汽(qi)狀态是溫度(du)、壓力、密度呈(chéng)一-對應關系(xì),知🔴道其中一(yi)個參數,即可(kě)計算出另外(wài)兩個，因此測(cè)量飽和蒸汽(qì)--般采用單補(bu)償方式,即單(dān)溫度補償,或(huo)單壓力補償(chang)。但當飽和蒸(zheng)汽經過加壓(ya)閥産生🎯大幅(fú)降壓時,可能(neng)由飽和狀态(tài)轉變成過熱(rè)蒸汽。此時若(ruò)采用單溫度(du)補償計算的(de)密度誤差較(jiào)大，采用單壓(ya)力補償計算(suan)的密度誤差(chà)相對較小;如(rú)果能選用溫(wēn)壓補🙇‍♀️償方式(shì),則不會産生(shēng)誤差。
　　蒸汽減(jiǎn)壓和流量測(cè)量示意圖如(ru)圖6所示。化工(gōng)廠鍋爐出口(kou)的飽和蒸汽(qi)(1MPa,184.1℃),經過減壓閥(fá)後轉變爲過(guo)熱蒸💜汽狀态(tai)(0.42MPa,162.4℃,.密度2.7048kg/m3),不同補(bǔ)償方式計算(suàn)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(jué)方法:
①流量計(ji)安裝在減壓(yā)裝置上遊;.
②若(ruò)安裝在減壓(yā)裝置下遊,盡(jìn)量采用溫壓(ya)雙補償方式(shi),或單壓力補(bu)償方式。.
2)選擇(ze)具有内置精(jing)度高标準算(suan)法的渦街流(liu)量計
　　軟件算(suan)法會對渦街(jie)流量計計量(liang)的精度造成(cheng)較大影響。如(rú)蒸汽密度、氣(qì)體壓縮系數(shù),都是影響計(ji)算精度的㊙️關(guān)鍵參數💋。
　　蒸汽(qì)密度的計算(suàn)方法有查表(biao)法和公式法(fǎ)兩種,兩☂️種算(suan)🙇🏻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(yù)有限,對🍉于蒸(zhēng)汽飽和及過(guo)熱區域沒有(you)正确的☀️界限(xiàn)。
　　氣體的壓縮(suo)系數也是随(suí)工況條件而(ér)變化的,如果(guǒ)默⁉️認按1計算(suàn),則計算結果(guǒ)會存在--定偏(piān)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(jiē)流量計。天然(ran)氣壓縮系數(shu)曲線如圖7所(suǒ)示。
 
5結語
　　渦街(jiē)流量計是目(mù)前最适合貿(mào)易計量的流(liú)量計之一，因(yīn)爲通過渦街(jiē)輸出的漩渦(wō)頻率的穩定(dìng)性能夠直觀(guān)地判斷出流(liú)量計工㊙️作是(shì)否異常，且壓(ya)損小、安裝方(fāng)便⭕,長期使用(yong)中渦街流量(liang)🛀計産生的表(biao)體結構偏差(chà)對儀表系數(shu)的影響很小(xiao)，因此可以長(zhang)期作爲計量(liàng)儀表使🙇‍♀️用。

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