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渦街流量計的原理及應(yīng)用

摘  要：介紹渦街流量計的測量原理及應(yīng)用。具體介紹渦街流量計的選擇，渦街流量計的參數(shù)設(shè)定，安裝及使用注意事項。與孔板流量計相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維護(hù)方便，測量范圍寬等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：流量測量 飽和蒸汽 渦街流量計 孔板

飽和蒸汽流量測量在80年代人們普遍采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，但從流量儀表發(fā)展?fàn)顩r來看，孔板流量計盡管其歷史、應(yīng)用范圍廣；人們對它的研究也最充分，試驗數(shù)據(jù)最完善，但用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計來測量飽和蒸汽流量，它仍存在一些不足之處：其一，壓力損失較大；其二，導(dǎo)壓管、三組間及連接接頭容易泄漏；其三，量程范圍小，一般為3比1，對流量波動較大易造成測量值偏低。而渦街流量計具有結(jié)構(gòu)簡單，渦街變送器直接安裝于管道上，克服了管路泄漏現(xiàn)象。另外，渦街流量計的壓力損失較小，量程范圍寬，對飽和蒸汽測量量程比可達(dá)30比1。因此，隨著渦街流量計測量技術(shù)的成熟，渦街流量計的使用越來越受到人們的青睞。

一、渦街流量計的測量原理

渦街流量計是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示：

f＝S_tv／d

式中:f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m；S_t為斯特羅哈數(shù)，無量綱，它的數(shù)值范圍為0.14－0.27。S_t是雷諾數(shù)的函數(shù)，S_t=f（l/Re）。

當(dāng)雷諾數(shù)Re在10²~10⁵范圍內(nèi)，S_t值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在10²~10⁵，旋渦頻率f＝0.2v/d。

由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。

當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進(jìn)行放大和整形，輸出到二次儀表，進(jìn)行累積、顯示。

二、渦街流量計的應(yīng)用

1、渦用流量計的選擇

（1）渦街流量變送器的選擇

我公司在飽和蒸汽測量中采用合肥儀表總廠生產(chǎn)的VA型壓電式渦街流量變送器，由于渦街流量計量程范圍寬，因此，在實際應(yīng)用中，一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得

低于渦街流量計的下限，也就是說必須滿足流體流速不得低于5m/s。根據(jù)用汽量的大小選用不同口徑的渦街流量變送器，而不能以現(xiàn)有的工藝管道口徑來選擇變送器口徑。

（2）壓力補(bǔ)償壓力變送器的選擇

由于飽和蒸汽管路長，壓力波動較大，必須采用壓力補(bǔ)償，考慮到壓力、溫度及密度的對應(yīng)關(guān)系，測量中只采用壓力補(bǔ)償即可，由于我公司管道飽和蒸汽壓力在0.3－0.7MPa范圍，壓力變送器的量程選擇1MPa即可。

（3）顯示儀表選擇

顯示儀表智能流量顯示儀，具有溫壓補(bǔ)償、瞬時流量顯示和累積流量積算功能。

2、渦街流量計的多數(shù)設(shè)定

（1）儀表系統(tǒng)的設(shè)定，合肥儀表總廠需設(shè)定的儀表

系數(shù)K可用下式表示：

K= 1000/K₀

式中：K₀為渦街發(fā)生體在出廠時標(biāo)定的儀表常數(shù)，L/脈沖；k的單位為脈沖數(shù)/m³。

（2）壓力補(bǔ)償壓力變送器的量程設(shè)定。

（3）壓力、流量報警上限設(shè)定。

3、渦街流量計的安裝

（1）渦街流量計盡量安裝在遠(yuǎn)離振動源和電磁干擾較強(qiáng)的地方，振動存在的地方必須采用減振裝置，減少管道受振動的影響。

（2）直管段的配置，前后直管段要滿足渦街流量計的要求，所配管道內(nèi)徑也必須和渦街流量變送器內(nèi)徑一致。

4、渦街流量計使用注意事項

盡量減少管道內(nèi)汽錘對渦街發(fā)生體的沖擊。振動較大而又無法消除時，不宜采用渦街流量計。

三、結(jié)束語

渦街流量計在我公司投入使用后，克服了原孔板流量計諸多不足，對飽和蒸汽的測量更、更穩(wěn)定，維護(hù)又方便，但值得注意的是測量飽和蒸汽流體流速不得低于5m/S，否則，流量計量值會偏低。

我公司渦街流量計質(zhì)量穩(wěn)定，具有明顯的價格優(yōu)勢。

一、 產(chǎn)品特點(diǎn)

LUGB系列渦街流量計主要用于石油、化工、冶金、電力、供熱等行業(yè)和市政建設(shè)、環(huán)保工程封閉管道中各種液體、氣體和蒸汽的流量計量和檢測控制?？奢敵雒}沖頻率信號或(4~20)mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，配以相應(yīng)的工業(yè)自動化儀表，可顯示瞬時和累積流量，實現(xiàn)流量計量和自動控制等多種功能。具有量程寬、精度高、壓力損失小等特點(diǎn)，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等物理參數(shù)的影響。儀表常數(shù)穩(wěn)定，性高，幾乎無須維修。

二、工作原理

渦街流量傳感器是根據(jù)卡門渦街原理研制成的一種流體振蕩型流量儀表。在流體中插入一個斷面為非流線型柱狀物體時，在柱體后部兩側(cè)會產(chǎn)生兩列交錯排列的旋渦。旋渦分離的頻率與流速成正比，與柱體的寬度成反比，可以用公式f=St×V/d表示。式中f：旋渦分離頻率，St：斯特勞哈爾數(shù)（無量綱），V：柱體側(cè)面的流速，d：柱體的迎流面寬度。斯特勞哈爾數(shù)St與雷諾數(shù)Re函數(shù)關(guān)系中的線性部分即是渦街流量計的線性測量范圍。檢測出旋渦的分離頻率f即可求得管內(nèi)流體的流速，再由流速求出瞬時體積流量。流過單位體積流體對應(yīng)的脈沖數(shù)稱為儀表系數(shù)（K系數(shù)，次/升）。流量Q與頻率f的關(guān)系為Q=f/K。式中Q：瞬時流量（升/秒），f：頻率（Hz），K：儀表系數(shù)（次/升）。

西派集團(tuán)（CEPAI)生產(chǎn)的LUGB/E系列智能渦街流量計,主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。本儀表采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的流量儀表。

性能特點(diǎn)

測量精度1.5級，優(yōu)選1.0級；

量程達(dá)到1:10，擴(kuò)展量程1:20；

工作溫度高，介質(zhì)溫度可達(dá)350℃；

無運(yùn)動部件，無磨損，可靠性高；

壓力損失小，利于系統(tǒng)的運(yùn)行；

表體結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝；

模塊化生產(chǎn)，元件互換性強(qiáng)；

無需排污、伴熱，漏點(diǎn)少，便于維護(hù)；

輸出與流量成正比的脈沖信號，無零點(diǎn)漂移；

輸出頻率與介質(zhì)密度、粘度參數(shù)無關(guān)；

表體采用不銹鋼材料，美觀、耐腐蝕。

渦街流量傳感器工況流量范圍（參比條件下）

選型舉例：LUGB-50F1J3A4B3P2ED

口徑DN50,測量介質(zhì)蒸汽，安裝形式法蘭夾持式，輸出4~20mA 帶HART協(xié)議，24V DC供電，采用溫壓補(bǔ)償，防爆！

儀表名稱：插入式 渦街流量計   適用介質(zhì)：蒸汽、氣體、液體   儀表精度：±1.0%R   儀表材質(zhì)：不銹鋼   詳細(xì)資料   一、產(chǎn)品概述 LUCB型插入式渦街流量傳感器，可廣泛的適用于各種行業(yè)大口徑氣體、液體、蒸汽流量計量，也可測量含有微小顆粒、雜質(zhì)的混濁液體，并可作為流量變送器用于自動控制系統(tǒng)中。 LUCB 型插入式渦街流量傳感器防爆型，符合GB3836-83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備》的有關(guān)規(guī)定，防爆標(biāo)志為ExdIIBT6。   二、工作原理 按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS07145（在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測定—在截面一點(diǎn)的速度測量法），采用埋入壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業(yè)管道內(nèi)，將卡門旋渦頻率轉(zhuǎn)換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號或4～20mADC電流信號。   三、儀表特點(diǎn) a.可實現(xiàn)不斷流拆裝傳感器，可實現(xiàn)放大器與傳感器分離（分離距離15m）。 b.采用消擾電路和抗振傳感頭，使儀表具有一定抗環(huán)境振動性能。 c.壓力損失小，量程范圍寬，范圍度達(dá)1:25。 d.無可動部件，穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單便于安裝和維護(hù)。 e.可測介質(zhì)溫度達(dá)+250℃。   四、技術(shù)參數(shù)   公稱通經(jīng)（mm） 250，300， 400，500，600，700，800，900，1000 儀表材質(zhì) 1Cr18Ni 9Ti 公稱壓力（Mpa） PN1.6Mpa；PN2.5Mpa 被測介質(zhì)溫度（℃） －40～+250℃ 環(huán)境條件 溫度－10～+55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa 精度等級 示值的±2.5% 量程比 1:10；1:15 阻力損失系數(shù) Cd<2.6 輸出信號 傳感器：脈沖頻率信號0.1 ~ 3000Hz 低電平≤1V 高電平≥6V 變送器：兩線制4 ~ 20mADC電流信號 供電電源 傳感器：+12VDC 、+24VDC（可選） 變送器：+24VDC 現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 信號傳輸線 STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制） 傳輸距離 ≤500m 信號線接口 內(nèi)螺紋M20×1.5 防爆等級 ExdIIBT6 防護(hù)等級 IP65 允許振動加速度 1.0g

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