摘要(yao)：爲克服液體容(rong)積式流量計的(de)缺陷，在卡門渦(wo)街原理和創新(xin)的基礎上,基于(yú)渦街流量傳感(gan)器 的精度高液(ye)體旋渦流量計(ji)。實際應用表明(ming):該旋渦✏️流量計(ji)具💋有精度高、量(liàng)程寬及對前後(hou)直管段要求低(dī)等優點，可應用(yong)于環境苛刻的(de)計量場合。
　　液體(tǐ)流量計 主要以(yǐ)液體容積式流(liu)量計“爲主，如 橢(tuǒ)圓齒輪流量計(jì) 、螺旋轉子流量(liang)計及羅茨流量(liang)計等,其共同點(dian)是精度較高且(qiě)有一對轉子，系(xi)機械式流量計(jì);但量程窄、結構(gòu)複雜、零部件加(jia)工精度高、材料(liào)成本高、可動部(bu)件的轉子易磨(mó)❌損、壓力損失大(dà)、易卡滞🌈、不能計(jì)量含顆粒物或(huo)📐結晶的液體、不(bú)耐高溫及不能(neng)用蒸汽吹♻️掃等(děng)缺陷，因此适用(yòng)場合非常有限(xian)。普🔞通旋渦流量(liang)🥵計指渦街流量(liàng)計，但其精度很(hen)⛷️難達到一-級以(yi)❗上,對前後直管(guǎn)段等安裝工藝(yi)的要求也較高(gao),而且可測液體(ti)流速較高; 渦輪(lun)流量計 結構複(fu)雜，有轉動的渦(wō)輪轉子和軸承(cheng)，對零部件加工(gōng)精度🏃‍♂️要求高,也(yě)不耐高溫,不能(neng)測量易結晶流(liú)體。
　　目前工業生(sheng)産中對精度高(gao)、安裝要求低、性(xìng)能可靠👨‍❤️‍👨、适用範(fan)圍🚶‍♀️廣的高品質(zhi)流量計的需求(qiu)越來越多。爲克(ke)服液體容積式(shi)流🐪量計的缺陷(xiàn),在卡門渦街原(yuán)理🔴和技術👌創新(xin)的🐉基礎上，研制(zhì)基于渦街流量(liang)傳感器的液體(ti)旋渦流量計。
1液(yè)體旋渦流量計(jì)①
1.1計量原理
　　液體(tǐ)旋渦流量計的(de)基本結構如圖(tu)1所示。測量管表(biao)體的剖視圖如(ru)圖2所示，可見其(qí)爲三段式結構(gòu)。
 
　　測量管表(biao)體與流體輸送(sòng)管相連，流體流(liu)入測量管表體(ti),通🔴過🔞旋渦發生(sheng)體的流體分散(san)6處沿偏角的葉(yè)片向前流動,并(bìng)産生繞管道中(zhong)心軸旋轉的脈(mò)動旋渦流繼續(xu)流動,随着縮🧡口(kǒu)段的減小，脈🥵動(dòng)旋渦流的流速(su)越來越大，到達(da)直管段時流速(sù)最大🥰，并經直管(guan)✂️段的二次整流(liú)後脈動流💛最強(qiáng)、最穩定，且環.繞(rào)管壁處的流速(su)最大;此時插入(ru)安裝在直管段(duàn)的旋渦檢測傳(chuan)感器檢測到🏃‍♂️旋(xuán)渦流的脈動頻(pín)率，該脈動頻率(lü)和流體流速成(chéng)良好的線性關(guān)系，旋渦檢測傳(chuan)感器輸出相應(ying)頻率的電信号(hào)到信🐅号處理與(yǔ) 積算顯示儀 後(hòu)進行信号處理(li)并準确計算出(chū)流體流量;計量(liang)過🏃🏻‍♂️的旋渦流經(jing)消旋器消旋整(zhěng)流成無旋渦的(de)流體流往下♊遊(yóu)管道。
1.2旋渦發生(sheng)體
　　旋渦發生體(tǐ)的不同于三角(jiǎo)柱或梯形柱田(tian)渦街旋渦㊙️發💰生(shēng)體,它是在-一個(gè)小直徑圓柱體(ti)上圓周螺旋分(fèn)布安裝💯6個直葉(ye)片,6個直葉片沿(yan)圓周均勻分布(bù)且與中心💘軸呈(chéng)40°偏角。這種特殊(shū)結構的旋⁉️渦發(fa)生體既是旋渦(wō)流的發生體，又(you)具有流動調整(zheng)器的作用,因⚽此(cǐ)經過該旋♉渦發(fā)生體産生的旋(xuán)渦流場更穩定(dìng)、更強，旋渦流對(duì)安裝在後面的(de)流量傳感器作(zuò)用力也更大,有(yǒu)利于流量信号(hào)的檢測，也從根(gēn)本上保證了流(liu)量計具有良好(hǎo)的重複性”;此特(tè)征也是作爲液(yè)體旋渦流量💘計(jì)的首要和必要(yào)條件;該結構特(te)點也使該流量(liàng)計不僅對安裝(zhuang)工藝要求低，特(te)别是對前後直(zhí)管段長度的要(yào)求更低(前直管(guan)段3D~5D,後直管段1D~2D),而(ér)且可以抑制上(shàng)遊脈動流、紊流(liú)0、管道振動和流(liu)體氣穴的幹擾(rǎo),這是渦街流量(liang)計與其他速度(du)式流量計所不(bu)具備的。另外,該(gāi)部件整體采用(yòng)不⛱️鏽鋼材料，可(kě)耐🔅高溫耐腐蝕(shi)。
1.3測量管表體
　　測(cè)量管表體是具(jù)有特殊結構和(he)尺寸的三段式(shì)直🆚通管，全💞部采(cai)用不鏽鋼制成(cheng);表體内通道形(xíng)狀像經典的💋文(wén)丘裏管🏒,但與其(qi)作用有本質區(qu)别，此處結構⭕不(bu)同于🈲文丘裏管(guǎn)獲得上下遊符(fú)合特定函數規(guī)律的壓差參數(shù)，而是獲得一個(gè)适度的壓差和(he)流體的加速作(zuo)用，起到對旋渦(wō)流體二次整流(liú)㊙️的作用，二次整(zhěng)流過的旋渦🥰流(liú)脈動更強,旋渦(wo)傳感器就是檢(jian)測🤞此時的旋渦(wō)流脈☔動。另外，此(cǐ)三段式流體通(tong)道的壓💃🏻損較小(xiǎo),對流量計的流(liu)量特性曲線有(yǒu)調♊整功能，在結(jie)合大量實驗數(shù)據的基礎上🤩優(you)化計算出一套(tao)尺寸參數，按此(ci)尺寸設計的流(liú)量計在較寬的(de)流量範圍仍具(ju)有很高的線性(xing)度,這個特征是(shì)作爲流量計能(neng)保證的關鍵;直(zhi)管段部分的直(zhí)❓徑比參數的設(she)計值大于0.7,從而(ér)在滿足精度要(yào)求的同時實現(xian)流通截👄面最大(dà)化，從根本.上減(jiǎn)小工作時的壓(yā)損，後期實驗♍驗(yan)證壓損僅爲同(tong)口徑容積式流(liú)量計✌️的20%~30%，節能效(xiao)果明顯;該設計(ji)也保證了整個(ge)流體管道内光(guāng)滑流線無死角(jiǎo),不會造成堵塞(sāi)及介質留存等(děng)現象,可用于💋易(yi)結晶、含顆粒物(wù)、非潔淨液體或(huo)具有衛生潔💃淨(jing)要求的液體計(jì)量。
1.4旋渦檢測傳(chuan)感器
　　(簡稱傳感(gan)器),該傳感器采(cǎi)用高溫铌酸锂(li)壓電晶體技術(shù)040、探頭内腔無填(tián)充材料結構、抽(chōu)真空全氩弧焊(han)接密封技📞術及(ji)剛性的金屬铠(kǎi)裝導線等新材(cái)料和新工藝技(jì)術制成;探頭也(ye)采用不鏽鋼材(cai)料制成。該🤞傳感(gǎn)器具備通用性(xing)、耐高溫、抗振性(xìng)強和信噪比高(gao)的特點，既可🔞用(yòng)于渦街流❤️量計(jì)又可用于本流(liú)量計。旋渦檢測(cè)傳感器内部封(fēng)裝的壓電晶體(tǐ)爲居裏點溫度(du)在1200℃的♈铌酸锂單(dan)晶體,從根本上(shàng)❓保證了傳感器(qì)耐高溫400℃的性能(neng);采用内部無填(tian)充結構、封裝工(gong)藝和剛性铠裝(zhuang)導線結構形式(shi)，保證❤️了傳感器(qi)具有💃🏻很高的信(xin)噪比和抗振性(xing)。該設計也是本(ben)課題💜的基礎所(suǒ)在，采用渦街流(liú)量傳感器配✏️套(tao)方案使得該流(liú)量計保留了渦(wō)街流量計全部(bù)的優點。
1.5信号處(chù)理和流量積算(suan)儀
　　由于流量傳(chuán)感器采用了壓(yā)電式渦街流量(liàng)傳感器，所😄以信(xin)♍号💚變送器、流量(liàng)計積算儀和 渦(wō)街流量計 的設(she)計相同。由信号(hào)處理和流量積(ji)算儀組成的電(diàn)氣系統結構框(kuàng)圖如圖3所示。
 
　　渦(wō)街流量傳感器(qì)輸出的電荷信(xin)号經電荷放大(da)器轉換爲電✉️壓(yā)信号,再通過電(dian)壓放大器、低通(tōng)濾波器和電壓(yā)跟随器的濾📐波(bō)放大與整形後(hou)輸出脈沖信号(hao)進入單片機;單(dān)片機采用16位超(chao)低功耗MSP430s系列芯(xin)片,使得該流量(liàng)計具有雙電源(yuán)供電功能,輸出(chu)信号有🛀三線制(zhi)脈沖、兩/三線制(zhi)4~20mA電流兩種,還具(ju)有RS485通信功能等(děng),充分滿足🏒各種(zhǒng)工業計量場合(hé)的需求。
2測試與(yǔ)應用
　　評定流量(liàng)計性能指标主(zhu)要有4個參數:K系(xì)數、量程比、重複(fú)性和精度等級(jí)。其中,K系數是指(zhi)一個測量周期(qi)内,流量計輸出(chū)‼️的脈沖數與流(liu)過流量計的相(xiang)應流體總體積(jī)之比,每台流量(liàng)計都.有一個對(duì)應的平均🐪K系數(shu),一般都是通過(guò)實流标定得出(chū)的;量程比是指(zhi)流量計可測✔️最(zui)大流量值與最(zuì)小流量值的比(bi)值;重⭐複性是指(zhǐ)在♋相🍓同測量條(tiao)件下,重複測量(liang)同一個被測量(liang),測量儀器提供(gòng)相近示值的能(neng)力;精度等級是(shi)指🚶符合一定的(de)計量要求，使誤(wù)差保持✊在☔規定(ding)極限以内的測(cè)量儀器的等别(bie)或級别。
　　根據上(shang)述測試性能指(zhi)标，對該方案研(yan)制的DN25mm、DN32mm和DN50mm共3種口(kou)徑的樣機一批(pī)共10台進行測試(shi)，10台樣機啓停質(zhi)量法水流量标(biāo)準裝置📧上全部(bù)通過0.5級合格檢(jiǎn)定,特别是重複(fu)性指标，全部優(you)于0.1%。其中一台DN25mm口(kǒu)徑樣機的标定(dìng)結果見♈表1,其量(liang)程比達15:I,最小🧡流(liú)速測到0.28m/s,量程範(fan)圍💛明顯高于同(tong)口徑的各種容(rong)積式流量計,精(jīng)度等級高于渦(wo)街流⁉️量計等其(qí)他普通速度式(shi)流量計。
 
　　2014年，國内(nei)某核電站定制(zhi)了一台DN25mm口徑液(ye)體旋渦流量計(ji)㊙️，用于計✉️量含結(jié)晶和顆粒物的(de)核廢液,經用戶(hù)現場标定其精(jing)度等級達到0.4;另(lìng)一化工企業用(yòng)戶的一台DN25mm口徑(jìng)液體旋渦流量(liang)計,用于計量150℃下(xia)的甲基鄰苯二(er)铵有機液流量(liang),介質粘度150mPa.s,用戶(hù)現場實.流标定(dìng)其✍️精度等級達(da)到0.5級。
3結束語
　　設(shè)計的基于渦街(jiē)流量傳感器的(de)液體旋渦流量(liàng)計吸收❄️了容積(jī)🈲式流量計、渦街(jie)流量計及文丘(qiu)裏管流量計等(děng)多種技術或性(xìng)能的優點,該流(liú)量計所采用的(de)關鍵部件一通(tong)用渦街流量🐇傳(chuan)感器技術已獲(huò)國家專利授權(quán),整機技術可測(cè)液體旋渦流量(liàng)計也已獲國家(jiā)專利0，是結構簡(jiǎn).單、整機零部件(jian)少、制造成本低(dī)和機電一體智(zhì)能化的液體流(liu)量計，樣機測試(shì)和用戶的實際(ji)應.用都證實其(qí)測量精度較高(gāo)。該流量計還适(shi)用于有特殊🍉要(yào)求的計量場合(hé)🏃。  

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