2. 渦街流量計(jì)選型設(shè)計(jì)
渦街流量計(jì)作為一種新型流量計(jì)，80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)和長處，在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣泛。在國內(nèi)使用渦街流量計(jì)進(jìn)行流量測量也愈來愈得到重視，目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計(jì)是基于流體振動(dòng)發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式、磁敏式及差動(dòng)開關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計(jì)幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)沒有可動(dòng)的機(jī)械部件，維護(hù)工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計(jì)相比，渦街流量 計(jì)測量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高，安裝與維護(hù)簡單。但渦街流量計(jì)的環(huán)境相關(guān)參數(shù)較多，容易在使用現(xiàn)場被忽略而影響流量計(jì)性能的正確發(fā)揮。
渦街流量計(jì)的原理是在流量計(jì)管道中，設(shè)置一滯流件，當(dāng)流體流經(jīng)滯流件時(shí)，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門 （Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個(gè)相鄰旋渦間的距離）時(shí)，旋渦列是穩(wěn)定的雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動(dòng)特性的一個(gè)無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動(dòng)的慣性力與粘滯力的比值 。因此，流體的流動(dòng)狀態(tài)對渦街流量計(jì)的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動(dòng)狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計(jì)的使用性能。
經(jīng)過實(shí)踐，如下幾個(gè)方面對渦街流量計(jì)的使用都有影響，應(yīng)對這些問題進(jìn)行分析。
（1） 渦街流量計(jì)的測量范圍較大，一般10：1，但測量下限受許多因素限制：Re＞10 000是渦街流量計(jì)工作的最基本條件，除此以外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號，旋渦頻率f也小，還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設(shè)計(jì)時(shí)一定要對流速范圍進(jìn)行計(jì)算、核算，根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜，選型時(shí)除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強(qiáng)干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應(yīng)力式等儀表不能正常工作或不能準(zhǔn)確測量。
（2） 振動(dòng)也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時(shí)注意避免機(jī)械振動(dòng)，尤其是管道的橫向振動(dòng)（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動(dòng)），這種影響在流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩(wěn)定 渦街所必要的流動(dòng)條件時(shí)，是不宜選用的。即使是抗振性較強(qiáng)的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。
（3） 介質(zhì)溫度對渦街流量計(jì)的使用性能也有很大的影響。如壓力應(yīng)力式渦街流量計(jì)不能長期使用在300℃狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會由常溫下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，輸出信號也變小，導(dǎo)致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。
渦街流量計(jì)是一種比較新型的流量計(jì)，處于發(fā)展階段，還不很成熟，如果選擇不當(dāng)，性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過合理選型、正確安裝后，還需要在使用過程中認(rèn)真定期維護(hù)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高對系統(tǒng)故障的預(yù)見性以及判斷、處理問題的能力，從而達(dá)到令人滿意的效果。
3. 節(jié)流式流量計(jì)選型設(shè)計(jì)
節(jié)流式流量計(jì)是早期大量使用的一種測量流量的計(jì)量裝置，其歷史最長，用量較多?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件，通過導(dǎo)壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計(jì)算即得出流量的瞬時(shí)值。由于導(dǎo)壓管內(nèi)水的不流動(dòng)性，在較寒冷地區(qū)，冬天室外安裝的孔板取壓管容易 凍裂（凍?。共顗簝x器無法正常工作。測量較臟的污水時(shí)，孔板需經(jīng)常清洗。如清洗不及時(shí)，測量精度降低，取壓管經(jīng)常被污物堵死，儀表無法使用。用孔板的方式測流量時(shí)還有壓力損失大、維護(hù)量大等缺點(diǎn)。因此改變?nèi)悍绞剑?例如用徑距取壓法，就可以減少孔板污物的影響。
4. 結(jié) 語
以上幾種污水流量測量流量計(jì)中，電磁流量計(jì)性能較好，節(jié)流流量計(jì)應(yīng)用范圍廣，而渦街流量計(jì)比較新型，并正在不斷發(fā)展。只有了解這幾種流量計(jì)各自的性能，才能對流量計(jì)選型設(shè)計(jì)好，使污水流量的測量和控制達(dá)到精確度和可靠性要求。
工業(yè)污水專用流量計(jì)安裝方式分為管道式和插入式兩種類。
兩種型式均由傳感器和智能信號轉(zhuǎn)換器組成，根據(jù)轉(zhuǎn)換器與傳感器的裝配形式可分為一體式和分體式二種結(jié)構(gòu)；
一俸式：轉(zhuǎn)換器與傳感器直接裝配成一個(gè)整體，不可分離-常用于環(huán)境狀況較好的現(xiàn)場。
分體式：轉(zhuǎn)換器通過一根專用電纜與傳感器組成一臺產(chǎn)品，傳感器安裝在現(xiàn)場，轉(zhuǎn)換器安裝在條件較好的場聽。
常用于環(huán)境狀況較差的現(xiàn)場，如地井里，高溫旁，人員不便到達(dá)的地方。管道式一般適用于較大口徑管道流量的測量。
特點(diǎn)：
1、轉(zhuǎn)換器采用16位高性能微處理器，2x16LCD顯示，參數(shù)設(shè)定方便，編程可靠；
2、不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響；
3、流量計(jì)為雙向測量系統(tǒng)，內(nèi)裝三個(gè)積算器：正向總量、反向總量及差值總量；可顯示．莊、反流量，并具有多種輸出：電流、脈沖、數(shù)字通訊、HART；
4、轉(zhuǎn)換器采用表面安裝技術(shù)(SMT)，具有自檢和自診斷功能；
5、系列公稱通徑DN3～DN10000。傳感器襯里和電極材料有多種選擇；
6、轉(zhuǎn)換器可與傳感器組成一體型或分離型；
7、測量管內(nèi)無阻礙流動(dòng)部件，無壓損，直管段要求較低；
8、轉(zhuǎn)換器采用新穎勵(lì)磁方式，功耗低、零點(diǎn)穩(wěn)定、精確度高。流量范圍度可達(dá)1502：1。
安裝要求：
安裝環(huán)境的選擇
1、應(yīng)盡量遠(yuǎn)離具有強(qiáng)電磁場的設(shè)備。如大電機(jī)、大變壓器等。
2、安裝場所不應(yīng)有強(qiáng)烈震動(dòng)，環(huán)境溫度變化不大。
3、便于安裝、維修的場所。
安裝位置的選擇
1、傳感器上流向標(biāo)志與管道內(nèi)被測介質(zhì)流動(dòng)的方向必須一致。
2、安裝位置必須保證測量管內(nèi)書中充滿被測介質(zhì)。
3、選擇流體流動(dòng)脈沖較小的地方，即應(yīng)遠(yuǎn)離泵和局部阻力件（閥門、彎頭等）
4、測量雙相流體時(shí)，應(yīng)選擇不易引起相分離的地點(diǎn)。
5、應(yīng)盡量避免安裝在管內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)壓的地方。
6、當(dāng)被測介質(zhì)容易使電極，測量管內(nèi)壁產(chǎn)生粘附、結(jié)垢時(shí)，建議測量管內(nèi)流速不低于 2m/s 。
此時(shí)可采用比工藝管徑略小的漸縮管。為在工藝管道中不中斷流量情況下清洗電極和測量管，傳感器可采用并聯(lián)安裝，并帶清洗口。
安裝地點(diǎn)的選擇
為了使變送器工作穩(wěn)定，在選擇安裝地點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意以下幾方面的要求：
1、盡量避免鐵磁性物體及具體強(qiáng)電磁場的設(shè)備（如大電機(jī)、大變壓器的等），以免磁場影響傳感器的工作磁場和流量信息。
2、應(yīng)盡量安裝在干燥通風(fēng)之處，不宜在潮濕，易積水的地方安裝。
3、應(yīng)盡量避免日曬雨淋，避免環(huán)境溫度高于45℃及相對濕度大于95.9%。
4、選擇便于維修，活動(dòng)方便的地方。
5、應(yīng)安裝在水泵后端，決不能在抽吸側(cè)安裝；閥么應(yīng)安裝在流量計(jì)下游側(cè)。
熱式質(zhì)量流量計(jì)可分為：恒溫差法流量計(jì)和恒功率法流量計(jì)。
恒功率法
（溫度測量法）是以恒定功率為鉑熱電阻提供熱量，使其加熱到高于氣體的溫度；
流體流動(dòng)帶走鉑熱電阻表面一部分熱量，流量越大，溫度降越大，測量隨流體流量變化的溫度，可以反映氣體流量。
有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式：
只對一只鉑電阻加熱，由熱擴(kuò)散原理測量溫差。
原理：與恒溫差式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)類似，在測量管路中同樣加入兩個(gè)金屬鉑電阻，一個(gè)為用于測量被測流體溫度的測溫電阻，另一個(gè)為用于測量被測流體速度的測速電阻。
在加熱器上加上一個(gè)恒定的功率對測速鉑電阻加熱，流體在靜止時(shí)測速鉑電阻和測溫鉑電阻表面溫度差ΔT21=TS2-TS1**，隨著介質(zhì)的流動(dòng)，兩個(gè)鉑電阻表面溫度差減小。
流體的流量越大，兩只鉑電阻的溫差越小。
鉑電阻連接在惠斯通電橋中，鉑電阻的溫度不同使鉑電阻的電阻呈現(xiàn)不同阻值，從而使電橋不平衡，通過檢測電橋的電壓差來反應(yīng)流體流量。
該恒功率式質(zhì)量流量計(jì)存在的問題：
若流體的密度為ρ，流速為μ，加熱鉑電阻被流體帶走的熱量為Q，測溫鉑電阻和測速鉑電阻的溫度差為 △T21，則有關(guān)系式：
Q/ΔT21=k1+k2（ρμ）k3
式中對于組分一定的流體，k1、k2、k3為常數(shù)。
在橫截當(dāng)S的管路中，質(zhì)量流量qm=ρμS。
測量過程中，測速鉑電阻被電流I加熱，在熱平衡狀態(tài)下，電流的加熱功率與測速鉑電阻被帶走的熱量處于平衡狀態(tài)，即Q=I2RS2。因此質(zhì)量流量qm與Q/ΔT21成一一對應(yīng)的關(guān)系，可表示為：
qm=f〔I2RS2/ΔT21〕
當(dāng)加熱電流I不變，通過測出流體的溫差ΔT21計(jì)算流體的質(zhì)量流量時(shí)，忽略了測速鉑電阻RS2隨溫度的變化，會造成誤差。
（2）對兩只對稱的鉑電阻進(jìn)行加熱，由熱平衡原理計(jì)算溫度差。
傳感器的結(jié)構(gòu)是把兩個(gè)完全相同的鉑電阻對稱的固定在熱源的兩側(cè)，放置在流體中。
采用一個(gè)恒流源（恒壓源）對熱源加熱，流體流動(dòng)使兩個(gè)鉑電阻的溫度不同。
鉑電阻連接在惠斯通電橋中，鉑電阻的溫度不同使鉑電阻的電阻呈現(xiàn)不同阻值，從而使電橋不平衡，通過檢測電橋的電壓來反應(yīng)流體流量。
現(xiàn)從傳熱學(xué)角度對該傳感器原理作進(jìn)一步的分析。假定流體為均勻分布的牛頓型流體，以一維測量為例：
熱源R置于傳感器基片的中心，在其兩邊對稱地放置兩個(gè)完全相同的溫度檢測芯片（薄膜式鉑電阻）S1和S2傳感器與流體之間的熱交換主要通過對流進(jìn)行，熱源與溫度檢測芯片之間的熱交換可通過傳導(dǎo)和對流進(jìn)行。
當(dāng)流體流速為零，即當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，表面附近的流線場及主要由此產(chǎn)生的溫度場相對于熱源呈對稱分布。
由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，通過基片熱傳導(dǎo)進(jìn)行的熱交換相對于熱源始終是對稱的。
此時(shí)感溫芯片的鉑電阻溫度滿足TS1=TS2，即溫差：ΔT21=TS2-TS1=0。
當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體和鉑電阻之間主要為對流換熱，由于局部對流換熱系數(shù)的不同，基片表面附近的流線場及相應(yīng)的溫度場相對于中心熱源的分布發(fā)生變化，導(dǎo)致傾向性的不對稱分布。
根據(jù)熱邊界層理論，可知，此時(shí)上游溫度檢測芯片表面冷卻速率高于下游芯片表面；
即鉑電阻S1的換熱系數(shù)大于S2是換熱系數(shù)，所以TS2＞TS1，溫差溫度差：ΔT21=TS2-TS1＞0。
且ΔT21的值隨流體流速的增大而增大。如果改變流體流向，ΔT21亦相應(yīng)改變符號。
利用熱平衡方程可以計(jì)算出因?qū)α饕鸬男酒砻娴臏囟仍俜植迹@得溫度差與流速的關(guān)系式。
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