圖1 卡門旋渦
式中：M為質(zhì)量流量；r為管道內(nèi)徑；ρ為流體的密度。通過在氣體標(biāo)定裝置或水的標(biāo)定裝置上檢定可以獲得儀表系數(shù)K，K是單位工況體積介質(zhì)流過流量計(jì)時(shí)產(chǎn)生的脈沖數(shù)（即旋渦個(gè)數(shù)），即一個(gè)脈沖反過來代表多少工況體積的流體介質(zhì)。
表1 飽和蒸汽密度表
圖2 溫度和壓力補(bǔ)償時(shí)的安裝位置
金屬管浮子流量計(jì)如何做到精確測量？為金屬管浮子流量計(jì)正常工作并達(dá)到要求的測量精度,要注意以下幾點(diǎn):
流量計(jì)一定要垂直安裝,流體自下而上流過流量計(jì),且垂直度優(yōu)于2°,水平安裝時(shí)水平夾角優(yōu)于2°;
金屬管浮子流量計(jì)應(yīng)加旁路，方便處理故障和吹洗時(shí)不影響生產(chǎn);
流量計(jì)入口處應(yīng)有5倍管徑以上長度的直管段，出口應(yīng)有250mm直管段
介質(zhì)含有鐵磁性物質(zhì)，應(yīng)安裝磁過濾器;
介質(zhì)中含有固體雜質(zhì)，應(yīng)考慮在閥門和直管段之間加裝過濾器;
用于氣體測量時(shí)，應(yīng)保證管道壓力不小于5倍流量計(jì)的壓力損失，以使浮子穩(wěn)定工作;
被測介質(zhì)的溫度高于220℃或流體溫度過低易發(fā)生結(jié)晶時(shí)，需采取隔熱保護(hù)措施時(shí)，應(yīng)選用夾套型，以便進(jìn)行冷卻或保溫;
為了避免由于管道引起的流量計(jì)變形，工藝管線的法蘭必須與流量計(jì)的法蘭同軸并且相互平行，適當(dāng)?shù)毓艿乐我员苊夤艿勒駝?dòng)和減小流量計(jì)的軸向負(fù)荷，測量系統(tǒng)中控制閥應(yīng)安裝在流量計(jì)的下游：
由于金屬管浮子流量計(jì)是通過磁耦合傳遞信號(hào)的，所以為了保證儀表的性能，安裝周圍至少10cm處，不允許有鐵磁性物質(zhì)存在;
在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為流體振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與流速（流量）有確定的比例關(guān)系，依據(jù)這種原理工作的流量計(jì)稱為流體振動(dòng)流量計(jì)。目前流體振動(dòng)流量計(jì)有三類：渦街流量計(jì)、旋進(jìn)（旋渦進(jìn)動(dòng)）流量計(jì)和射流流量計(jì)。渦街流量計(jì)具有以下一些特點(diǎn)： 式中， K為流量計(jì)的儀表系數(shù)，單位為脈沖數(shù)/m3。 式中，qVn、qV分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0℃或20℃，101.325kPa）和工況下的體積流量； Pn、P分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力；Tn、T分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度；Zn、Z分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。
①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實(shí)際體積流量成正比，不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；
②測量范圍寬，一般范圍度可達(dá)10：1以上；
③精確度為中上水平；
④無可動(dòng)部件，可靠性高；
⑤結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；
⑥應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸汽。
渦街流量計(jì)的工作原理
在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街（見圖1），旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：f=SrU1/d=SrU/md
式中，m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；D為表體通徑；d為旋渦發(fā)生體迎面寬度；f為旋渦的發(fā)生頻率；U1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速；Sr為斯特勞哈爾數(shù)；U為被測介質(zhì)流的平均速度。
圖1 卡曼渦街
K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖2可見，在ReD=2×104～7×106的范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測量氣體流量時(shí)，渦街流量計(jì)的流量計(jì)算式為：
圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線
渦街流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、DAC、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。近年來智能式流量計(jì)還把微處理器、顯示通信及其他功能模塊裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
圖3 渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)合用的流體比較普遍，但不合用于測量低雷諾數(shù)(ReD≤2×104)流體。低雷諾數(shù)時(shí)，斯特勞哈爾數(shù)跟著雷諾數(shù)而變，儀表線性度變差，流體粘度高，明顯影響甚至障礙旋渦的發(fā)生，還關(guān)于流體的臟污性質(zhì)有要求。含固體微粒的流體對旋渦發(fā)作體的沖刷會(huì)發(fā)生噪聲，對旋渦發(fā)作體發(fā)生磨損。若含有的短纖維環(huán)繞在旋渦發(fā)作體上，將改動(dòng)儀表系數(shù)。渦街流量計(jì)在混相流體中的使用如下：
① 可以用于含渙散、平均的細(xì)小氣泡，但容積含氣率應(yīng)小于7%~10%的氣、液兩相流，若容積含氣率超出2%，應(yīng)對儀表系數(shù)進(jìn)行批改。
② 可以用于含渙散、平均的固體微粒，含量不大于2%的氣固、液固兩相流。
③ 可以用于互不消融的液液(如油和水)兩組分流等。
脈動(dòng)流和扭轉(zhuǎn)流將對渦街流量計(jì)發(fā)生嚴(yán)峻影響。假如脈動(dòng)頻率與渦街頻率吻合，將能夠惹起諧振，毀壞正常任務(wù)和設(shè)備，使渦街旌旗燈號(hào)發(fā)生“鎖定(1ock-in)”景象，這時(shí)旌旗燈號(hào)固定于某一頻率?！版i定”與脈動(dòng)幅值、旋渦發(fā)作體外形及梗塞比等有關(guān)。
渦街流量計(jì)的準(zhǔn)確度關(guān)于液體大致為士(0.5%~±2%)R，關(guān)于氣體為士(1%~±2%)R，反復(fù)性普通為0.2%~0.5%。因?yàn)闇u街流量計(jì)的儀表系數(shù)較低，頻率分辯率低，口徑愈大，精度愈低，故儀表口徑不宜過大(DN300以下[4])。
局限度寬是渦街流量計(jì)的長處，量程下限的流量數(shù)值更為主要。普通液體均勻流速下限為0.5m/S，氣體為4~5m/s[5]。渦街流量計(jì)的正常流量可以在正常測量局限的1/2~2/3處。
渦街流量計(jì)的最大長處是儀表系數(shù)不受測量介質(zhì)物性的影響，可以用一種典型的介質(zhì)進(jìn)行校驗(yàn)而使用于其他介質(zhì)，為處理校驗(yàn)設(shè)備問題供應(yīng)了便當(dāng)。但因?yàn)橐?、氣的流速局限差異很大，招致頻率局限差異亦很大。在處置渦街旌旗燈號(hào)的擴(kuò)大器電路中，濾波器的通帶分歧，電路參數(shù)亦分歧，因而，統(tǒng)一電路參數(shù)不克不及用于測量分歧的介質(zhì)。介質(zhì)改動(dòng)后，電路參數(shù)亦應(yīng)隨之改動(dòng)。
另外，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度與密度成正比，因此信號(hào)強(qiáng)度差別亦很大。液、氣放大器電路的增益、觸發(fā)靈敏度等皆不相同，壓電電荷差別大，電荷放大器的參數(shù)也不相同。即使同為氣體（或液體、蒸汽），隨著介質(zhì)壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍不同，信號(hào)強(qiáng)度亦不同，電路參數(shù)同樣要改變。因此，一臺(tái)渦街流量計(jì)不經(jīng)硬件或軟件修改，改變使用介質(zhì)或改變儀表口徑是不可行的。
2 安裝注意事項(xiàng)
渦街流量計(jì)屬于對管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計(jì)，因此，對現(xiàn)場管道安裝條件應(yīng)充分重視，嚴(yán)格遵照使用說明書執(zhí)行。
渦街流量計(jì)可安裝在室內(nèi)或室外。如果安裝在地井里，為防止被水淹沒，應(yīng)選用涎水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝，但測量液體和氣體時(shí)為防止氣泡和液滴的干擾，要注意安裝位置（見圖4）。
圖4 測量含液體和含氣液體的流量儀表安裝
圖5 渦街流量計(jì)對上、下游直管段長度的要求
傳感器與管道的連接如圖6所示，在與管道連接時(shí)要注意以下問題。
圖6 傳感器與管道的連接
② 配管應(yīng)與傳感器同心，同軸度應(yīng)小于0.05D’；
③ 密封墊不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比傳感器內(nèi)徑大1～2mm；
④ 如需斷流檢查與清洗傳感器，應(yīng)設(shè)置旁通管道（見圖7）；
圖7 旁通管道示意圖
電氣安裝應(yīng)注意傳感器與轉(zhuǎn)換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應(yīng)超過使用說明書的規(guī)定。布線時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，盡量用單獨(dú)金屬套管保護(hù)。應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”原則，接地電阻應(yīng)小于10Ω。整體型和分離型都應(yīng)在傳感器側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼接地點(diǎn)應(yīng)與傳感器“同地”。
3 現(xiàn)場常見故障現(xiàn)象、原因及排除方法
渦街流量計(jì)有多種檢測方式，傳感器和測量電路差別也較大，但渦街流量計(jì)常見的故障有共性。
結(jié)語
在眾多的流量計(jì)中，渦街流量計(jì)的購置費(fèi)低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等類型，而安裝、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)低于節(jié)流式、容積式、渦輪式等類型，是一種經(jīng)濟(jì)性較好、比較實(shí)用的流量計(jì)。渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便，尤其適用于冶煉廠、化工廠、輸油管道等工業(yè)現(xiàn)場的使用。
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