介紹

　　空氣吹過(guò)煙囪，流經(jīng)碼頭的河流將在煙囪和碼頭后面形成一個(gè)漩渦。渦流會(huì )引起振動(dòng)?？諝夂秃恿鞯恼駝?dòng)可能導致煙囪和碼頭產(chǎn)生共振，導致煙囪破裂，碼頭坍塌，給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大損失。這就是Kamen Vortex在自然界中的存在。美國匈牙利科學(xué)家卡爾曼1906年在德國哥廷根大學(xué)的助教期間，協(xié)助德國的普拉特教授進(jìn)行Haymenz水槽測試。他發(fā)現水流過(guò)水槽的圓筒和圓筒后面。產(chǎn)生兩個(gè)規則的渦旋，渦旋是反對稱(chēng)的，渦旋的動(dòng)量與阻力有關(guān)。由于卡門(mén)的發(fā)現和對這種自然現象的深入研究，上述渦旋現象被定義為卡門(mén)渦街。

　　卡門(mén)渦街不是一個(gè)巨大的破壞力量。人們利用Kamen渦街的規律來(lái)研究和制造渦街流量計。渦街流量計主要用于測量封閉的管道流量，可以測量氣體，液體和蒸汽。渦街流量計結構緊湊，無(wú)活動(dòng)部件，壓力損失小，比范圍寬，精度高，安裝方便，維護量小。它正在逐步取代傳統的差壓流量計和容積式儀表，成為市場(chǎng)的主流。測量。渦街流量計由傳感器和傳感器組成。傳感器可以從各種傳感器中選擇，例如壓電應力，電容和光纖。壓電應力渦旋傳感器應用是應用最廣泛的，技術(shù)成熟度和產(chǎn)品穩定性也是最高的。該傳感器可在-20°C~ + 250°C的中溫范圍內工作，可輸出模擬信號，也可輸出脈沖信號。通過(guò)渦街轉換器進(jìn)行信號處理，產(chǎn)品可以輸出標準的4~20mA信號和脈沖信號，有些廠(chǎng)家還可以有FF總線(xiàn)或PA總線(xiàn)輸出，有RS485接口產(chǎn)品。通過(guò)這些輸出信號，可以用PLC或DCS系統實(shí)現數據傳輸。具有RS485接口的產(chǎn)品還可以配合無(wú)線(xiàn)傳輸設備，實(shí)現儀器數據的遠程無(wú)線(xiàn)傳輸管理，給用戶(hù)帶來(lái)極大的便利。

一、渦街流量計的工作原理，渦街流量計的分類(lèi)和溫度和壓力補償渦街的發(fā)展

1.1渦街流量計原理

　　渦街流量計也稱(chēng)為卡門(mén)渦街流量計和渦街流量計。它是由Karman渦旋原理制造的流量測量?jì)x器。發(fā)電機安裝在測量管中。當介質(zhì)流過(guò)發(fā)生體時(shí)，它會(huì )在身體發(fā)生后旋轉。渦流，渦流的頻率f與介質(zhì)的流速v成比例，并且通過(guò)檢測頻率來(lái)實(shí)現測量流速的目的。渦街流量計示意圖，如圖1所示。

渦街流量計示意圖

　　渦街流量計的計算公式如下：f = st * v / d

　?。╢：頻率Hz; st：Strouhal系數，無(wú)量綱; v：流速，單位m / s; d：渦流發(fā)生器寬度，單位m）

　　St是Strouhal系數，是雷諾數的函數。當雷諾數Re> 2 * 104 <7 * 106時(shí)，可以認為它是固定常數。因此，通過(guò)檢測頻率f，可以檢測流速v，并且在檢測到流速v之后，可以通過(guò)該公式計算介質(zhì)體積流量或質(zhì)量流量。

　　體積流量計算公式：q = v * A（q：體積流量，管道橫截面積）

　　質(zhì)量流量計算公式：Q = 3600 * v * A *ρ（Q：質(zhì)量流量;ρ：中密度）

1.2渦街流量計分類(lèi)

　　根據與管道的連接，可分為法蘭式，夾式或插入式。

　　根據傳感器類(lèi)型，測量熱類(lèi)型，應力類(lèi)型，電容類(lèi)型，應變類(lèi)型，超聲波類(lèi)型，振動(dòng)體類(lèi)型，光電類(lèi)型和光纖類(lèi)型。根據防爆類(lèi)型，分為非防爆型，本安型，防爆型和復合防爆型。

　　目前，國內外大多數應用都是應力式，管道式渦街流量計。

1.3開(kāi)發(fā)溫度和壓力補償渦街流量計

　　渦街流量計原理介紹渦街流量計可以測量介質(zhì)的質(zhì)量流量。對于液體介質(zhì)或密度變化很小的介質(zhì)，由渦街流量計計算的質(zhì)量流量具有高精度。然而，在實(shí)際使用中，尤其是氣體或蒸汽的測量時(shí)，由于工作溫度和壓力的波動(dòng)，介質(zhì)密度波動(dòng)很大，因此由渦旋流量計測量的質(zhì)量流量誤差很大?？梢钥闯?，有必要校正由渦旋流量計測量的介質(zhì)密度。這需要渦街流量計集成溫度和壓力信號，并在線(xiàn)校正溫度和壓力，以確保質(zhì)量流量輸出的準確性。集成在一臺儀器中的溫度，壓力和流量的集成結構是最佳選擇。目前，國外一些知名廠(chǎng)商，少數國內廠(chǎng)商可以生產(chǎn)帶溫度和壓力補償的集成渦街流量計。過(guò)程管道上的溫度傳感器和壓力傳感器用于將溫度和壓力信號傳輸到流量計算機。質(zhì)量流量低于積分精度。溫度和壓力補償渦街流量計[3]。集成的溫度和壓力補償渦街流量計是未來(lái)渦街流量計的發(fā)展方向。集成溫度和壓力補償渦街流量計的示意圖如圖2所示。

集成溫度和壓力補償渦街流量計示意圖

二、渦街流量計校準，驗證方法

　　大多數渦流的制造和驗證單元都通過(guò)標準表方法進(jìn)行標記和驗證。標準流量計方法使用渦輪流量計，質(zhì)量流量計，聲波噴嘴等作為標準流量計，并將檢測到的儀器連接到檢測裝置，并通過(guò)標準流量計校準和驗證測量?jì)x器，并進(jìn)行比較測量?jì)x器與標準。儀表的讀數用于確定被測量?jì)x表的偏差然后進(jìn)行調整[4]。

2.1標準表法校準裝置的優(yōu)點(diǎn)

1）標準表面法裝置體積小，重量輕，結構簡(jiǎn)單，操作方便，制造和維護成本低。

2）標準儀表裝置可用于校準液體或氣體介質(zhì)的流量。

3）標準流量計的流量計與流量計串聯(lián)安裝，在同一測量系統中進(jìn)行測試。標準儀表與待測儀表之間的距離很小，時(shí)間誤差可以忽略不計。

4）標準表選擇有多種類(lèi)型，如電磁流量計，超聲波流量計，渦輪流量計，質(zhì)量流量計等，選擇空間大。

2.2標準表法校準裝置的缺點(diǎn)

1）標準表需要根據計量部門(mén)的要求定期檢查。只有合格才能用于測試;企業(yè)自身也必須不時(shí)進(jìn)行自檢，以確保標準儀表和設備在使用過(guò)程中的性能。

2）標準表法校準設備應在儀器標準化過(guò)程中校正校準介質(zhì)的溫度和壓力，以保證校準精度。

3）標準表方法設備系統的準確性受標準表的準確性的影響很大。

三、影響渦街流量計使用精度的3個(gè)因素

　　渦街流量計自身的傳感器和轉換器的性能決定了該產(chǎn)品的性能。但是，儀器的安裝和使用因素也會(huì )影響儀器的性能。為確保渦街流量計的準確性，安裝和使用具有以下要求。

1）建議將渦街流量計安裝在水平或垂直管道中，并確保管道充滿(mǎn)介質(zhì)。

2）渦街流量計對直管段前后的要求較高。一般要求大于前20D和后5D（D管直徑）。

3）渦街流量計應盡可能安裝在振動(dòng)較大的地方，盡可能遠離泵和閥門(mén)，必要時(shí)應做適當的管道支撐。

4）渦街流量計的安裝位置應遠離強磁場(chǎng)或強電場(chǎng)的干擾。

5）確保渦旋流量計旋轉渦流發(fā)生器位于上游表面上。

6）渦街流量計轉換器使用的環(huán)境溫度通常為-40°C~85°C，根據實(shí)際情況配備保溫箱或防曬罩。

　　渦街流量計安裝示意圖[3]，如圖3所示。

渦街流量計安裝圖

直管要求

渦街流量計直管段安裝圖

　　圖3渦街流量計安裝說(shuō)明

1、一般入口直管段無(wú)干擾≥20DN

2、調節閥門(mén)后2≥50DN

3、收縮后≥20DN

4、90°C彎頭后≥20DN

5、兩個(gè)90°C彎頭后≥30DN

6、兩個(gè)三維90°C彎頭≥40DN

四、自定義調整渦街流量計

　　由于渦街流量計測量原理，傳感器類(lèi)型，校準裝置，出于安裝和使用等原因，當渦街流量計到達用戶(hù)現場(chǎng)或計量站時(shí)，出廠(chǎng)校準精度可能會(huì )偏離用戶(hù)的現場(chǎng)標準表或測量驗證結果。此時(shí)，儀器系數應在現場(chǎng)調整。滿(mǎn)足用戶(hù)或計量機構的驗證要求。定制調整有以下兩種情況：

1）儀表整體的正偏差或負偏差。如果儀表具有總體正偏差或負偏差只需調整儀表系數即可。公式如下：

　　Knew = Kold×（Q計顯示流量）/（Q標準流量）

2）儀器超出公差范圍。非線(xiàn)性超調意味著(zhù)渦流流量計在不同流速下的誤差為正和負，并且不滿(mǎn)足精度。這個(gè)問(wèn)題的主要原因可能是儀器的儀表直徑與檢查的管段長(cháng)度之間存在差異，或者檢查的雷諾數和制造商校準的雷諾數差別很大。

　　目前，渦街流量計制造商可根據用戶(hù)要求提供歐洲標準，美國標準或日本標準法蘭連接法蘭儀表。同樣的法蘭標準，相同口徑，相同壓力等級，不同品牌的渦街流量計產(chǎn)品法蘭孔尺寸不同。儀表的內孔與連接管的內孔之間存在細微差別，這可能導致儀表的非線(xiàn)性誤差，這是最大的。

　　雷諾數與制造商校準的雷諾數之間的差異的主要原因是大多數渦街流量計制造商使用水作為校準的校準介質(zhì)。渦街流量計的原理告訴人們，無(wú)論介質(zhì)是什么，對于同一儀器，每單位條件下流量產(chǎn)生的脈沖數是一個(gè)常數，即儀表系數K.因為渦旋街道流量計的這一優(yōu)點(diǎn)，用水校準的渦街流量計可用于測量氣體或蒸汽，但此應用的前提是確保雷諾數大于20000時(shí)的準確性。在某些情況下，當儀表在用戶(hù)現場(chǎng)或計量站檢查雷諾數小于20,000，這導致儀表無(wú)法滿(mǎn)足精度要求。這種情況產(chǎn)生的非線(xiàn)性誤差較小，但偶爾也會(huì )出現這種情況。

　　以上兩種情況是不可避免的。由于儀表的內徑，儀器制造商不能要求用戶(hù)更換管道，或者要求用戶(hù)更換儀表，因為雷諾數較低?？梢圆捎枚帱c(diǎn)非線(xiàn)性校正來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。這是實(shí)現這一目標的有效方法。具體而言，測量范圍被分段，并且采用儀表常數以使每個(gè)測量范圍滿(mǎn)足精度要求。該方法實(shí)施的過(guò)程應考慮雷諾數的影響。以下是計算模型[3]。

　　通過(guò)上述6步計算，可以實(shí)現儀表的非線(xiàn)性校正。使用上述計算結果，可以通過(guò)Hart手持設備或儀器按鈕將校正參數輸入到儀器轉換器，并且轉換器可以重新線(xiàn)性化原始非線(xiàn)性曲線(xiàn)以實(shí)現校準目的。轉換器通過(guò)預轉換器實(shí)現此功能軟件設計實(shí)現。 通過(guò)這種方式，通過(guò)線(xiàn)性和非線(xiàn)性校正，可以實(shí)現定制調整以滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

五、結論

　　渦街流量計是一個(gè)很好的產(chǎn)品。 國外設計規范已經(jīng)在選擇差壓流量計之前設置了渦街流量計。 它是小直徑（<DN300），氣體，液體和蒸汽流量測量的首選。 隨著(zhù)國內合資產(chǎn)品和民族品牌產(chǎn)品性能的提高和提高，渦街流量計將在中國市場(chǎng)有很大的發(fā)展。

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