摘(zhāi)要:由于能源(yuán)價格的不(bú)斷上漲(zhǎng),用能成(chéng)本已經(jīng)成爲衆(zhōng)多(duō)工業(yè)企業(yè)的主要運(yùn)營成(chéng)本(běn)之一,對(duì)于能源的計量也越來(lái)越成爲(wèi)社會(huì)的關注焦(jiāo)點,能(néng)源計量器(qì)具的配備(bèi)合理(lǐ)與否.計量(liàng)準确(què)與否與企(qǐ)業的切身利益息息相關。渦街流量(liàng)計 由(yóu)于原(yuán)始(shǐ)信(xìn)号爲數字(zì)信号(hào)，具有測量精度(dù)高、補償計(jì)算簡(jiǎn)單,異常狀況時(shí)易于分析的優(yōu)勢,在能源(yuán)的貿(mào)易計量上占有(yǒu)一席之地。該文(wén)介紹(shào)了(le)渦街流(liú)量計(jì)的測量原(yuán)理,分析了渦街(jiē)流量計(jì)在(zài)貿易(yì)計量(liàng)上的(de)優勢(shì),以及(jí)渦(wō)街流量(liàng)計應用(yòng)于(yú)貿易(yì)計量時(shí)的(de)注意(yì)事項。
　　渦(wō)街流量(liàng)計是一種(zhǒng)應用卡門渦街(jiē)原理的流(liú)量計(jì),用于(yú)液體、氣體(tǐ)和蒸汽的測(cè)量,也可(kě)測量(liàng)含有微小顆粒、雜質(zhì)的渾(hún)濁液體，廣泛(fàn)應(yīng)用于(yú)石油、化工(gōng)、制藥、造(zào)紙(zhǐ)、冶金、電力、環保、食品(pǐn)等行(háng)業。
1渦(wō)街流(liú)量計(jì)的工作(zuò)原(yuán)理
　　渦街流(liú)量計(jì)是以卡門渦街(jiē)理論爲基礎:當(dāng)流(liú)體流經非線(xiàn)性的三角柱擋體時,在擋體的(de)兩側(cè)就會交替(tì)産生有規(guī)則的(de)旋渦信号,該旋渦的(de)分離頻率與流(liú)體的流速成正(zhèng)比”。渦街流(liú)量計結(jié)構(gòu)原理(lǐ)如圖(tú)1所示。
　　根據(jù)卡門渦街(jiē)原理,有如下關系式(shì):
 
式(shì)中:
m一旋(xuán)渦發生(shēng)體兩側弓形(xíng)面積與管道橫截(jié)面面積之比(無(wú)量綱);
d一表體通徑(單(dān)位:m);
d一旋渦(wō)發生體迎(yíng)面寬(kuān)度(單(dān)位:m);
f一(yī)旋渦(wō)的發生頻率(單(dān)位:hz);
u1一旋(xuán)渦發生(shēng)體兩側平均流(liú)速(單位:m/s);
sr一(yī)斯特(tè)勞哈爾數(shù)(無量(liàng)綱);
u一被(bèi)測介質來流(liú)的平(píng)均速(sù)度(單位:m/s);
qr一(yī)瞬時(shí)體積流(liú)量(liàng)(單(dān)位:m2/s);
k一流(liú)量計(jì)的儀(yí)表系數(單(dān)位:m3)
　　由(yóu)公式(shì)可見,平均(jun1)儀表系數的大(dà)小隻(zhī)與渦街流(liú)量傳感器(qì)幾何(hé)尺寸即渦街口(kǒu)徑、阻(zǔ)擋體(tǐ)寬度(dù)與斯特勞哈爾(ěr)數sr有關。斯(sī)特勞哈爾數與雷諾(nuò)數的(de)關系如圖2所示,可見，當雷(léi)諾(nuò)數(shù)re在2x104~7x106之間時(shí),sr可視(shì)爲常(cháng)數。也(yě)就是說(shuō),對于一台口徑、阻擋體幾何(hé)尺寸(cùn)已經确(què)定的渦街流(liú)量計,它的(de)儀(yí)表(biǎo)系數(shù)在一(yī)定的(de)流速範圍内是(shì)定值(zhí)的(de)。
 
2渦街流(liú)量計的特點
1)可測量液體、氣體、蒸汽的流(liú)量;
2)輸出爲脈沖頻率(lǜ),其頻率與(yǔ)被測(cè)流體(tǐ)的實際體(tǐ)積流量成正比(bǐ),且不(bú)受流體組(zǔ)分、密度(dù)、壓力、溫(wēn)度的影響;
3)結構簡單,無機(jī)械運動部(bù)件,長期運(yùn)行穩定可(kě)靠;
4)量(liàng)程比(bǐ)适(shì)中,普通(tōng)傳感器(qì)量程比可達10:1以(yǐ)上,智能(néng)渦街流(liú)量計量程比(bǐ)可(kě)達(dá)40:1;
5)壓力(lì)損失小(xiǎo)，約(yuē)爲孔(kǒng)闆流量計的1/4~1/2。
3渦街流量計在貿(mào)易計量.上的(de)優(yōu)勢
1)渦(wō)街流(liú)量信号爲(wèi)數(shù)字(zì)頻率(lǜ)方式(shì),測(cè)量(liàng)精度(dù)高(gāo)
　　渦街流量計(jì)的旋(xuán)渦(wō)分離(lí)頻(pín)率是(shì)與體積流(liú)量的大(dà)小(xiǎo)成正(zhèng)比的(de),且分離頻(pín)率(lǜ)不(bú)受流體組(zǔ)分、密度、壓力溫(wēn)度的影響。隻要測量(liàng)出(chū)旋(xuán)渦個(gè)數,就可(kě)以準确計算出體積流(liú)量，而(ér)旋渦(wō)個數的測量是(shì)純數(shù)字概念(niàn),不存在(zài)測量(liàng)數值上的誤差，讓渦街流量計具有了全(quán)量程(chéng)範圍(wéi)内流量信(xìn)号精确的(de)特點(diǎn),是其它模(mó)拟類(lèi)流(liú)量計不(bú)可比拟(nǐ)的優點。傳感器線性均爲18的(de)脈沖(chòng)型渦街和模(mó)拟類流量(liàng)計精度對比(bǐ)如表(biǎo)1所示。
 
2)補償(cháng)運算簡單(dān),計算(suàn)精度高(gāo),未知參(cān)數少
　　渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)的(de)體積流量(liàng)可以通(tōng)過測量(liàng)旋渦分離(lí)頻率(lǜ)得知,蒸汽密度、氣體(tǐ)密度、壓縮(suō)系數都可以通(tōng)過測量溫(wēn)度(dù)壓(yā)力進行(háng)補償計(jì)算,且計(jì)算公式(shì)均爲(wèi)國标或國(guó)際公式(shì),計算精(jīng)度高(gāo)。與差(chà)壓式(shì)流量(liàng)計對比,差(chà)壓式流量(liàng)計計算結果受密度(dù)、粘度、等熵指數(shù)、壓縮系(xì)數、氣體(tǐ)可膨脹系數以及結構(gòu)尺寸熱(rè)脹冷縮變(biàn)化的影(yǐng)響2,補償計算(suàn)較複雜,且很多差壓式流(liú)量計(jì)并沒有(yǒu)氣體可膨脹(zhàng)系數的補(bǔ)償(cháng)計算公式,因(yīn)此,計量結果會(huì)存在(zài)一定(dìng)偏差。
　　渦街(jiē)流量(liàng)計算(suàn)法流(liú)程如圖3所(suǒ)示,圖(tú)中虛(xū)線框(kuàng)爲外部采(cǎi)集信(xìn)号,實線框爲計算參數;差壓式流量(liàng)計算法流(liú)程如有(yǒu)圖(tú)4所示(shì),圖中虛(xū)線框爲(wèi)外部信号(hào)及已知參(cān)數,實線框(kuàng)爲計算參數。
 
3)儀(yí)表測量(liàng)異(yì)常時(shí),能快(kuài)速(sù)分析判斷
　　由于卡(kǎ)門渦街流(liú)量(liàng)信号是由旋渦(wō)頻率數(shù)值來.體現(xiàn)的,在(zài)正常情況下,旋(xuán)渦分離頻(pín)率是(shì)穩定的,隻有當(dāng)傳感器發生異(yì)常或(huò)工況發生(shēng)變化時,旋渦(wō)分(fèn)離頻率(lǜ)才(cái)會有(yǒu)很大(dà)的(de)變(biàn)化,因此,通過觀察渦(wō)街流量傳感器(qì)頻率(lǜ)變化範圍(wéi)的大小(xiǎo)，可(kě)以很方便的(de)分析出(chū)傳感器(qì)是否存(cún)在(zài)故(gù)障(zhàng),不會出(chū)現模拟類傳感(gǎn)器在(zài)使用(yòng)時因爲零點(diǎn)偏(piān)移或模拟(nǐ)轉換誤差(chà)而帶來不(bú)易發(fā)現的(de)計量誤差(chà)。渦街(jiē)信(xìn)号如圖(tú)5所示(shì)
 
　　觀察渦街(jiē)流量(liàng)計放大整(zhěng)形後波形,若爲(wèi)均勻方波信号,則爲(wèi)正常流量(liàng)變化(huà);若(ruò)出(chū)現明(míng)顯不(bú)均勻方波(bō)信号,則可(kě)能爲(wèi)外界(jiè)幹(gàn)擾、超(chāo)出測量範(fàn)圍或傳感器故(gù)障導緻(zhì)。
4渦街流量(liàng)計在(zài)貿易計量(liàng)上的(de)注意(yì)事項(xiàng)
　　除常規的選型設計(jì)外，渦街流(liú)量計用在貿易計量(liàng)時,還應(yīng)注意以(yǐ)下幾點(diǎn):
1)蒸汽狀态變(biàn)化對(duì)流量(liàng)測量的影響測(cè)量蒸(zhēng)汽(qì)時(shí),在蒸汽經(jīng)過閥(fá)i]或較(jiào)長管道輸送後(hòu),可能(néng)會(huì)産生蒸(zhēng)汽狀态(tài)變化的情況:.
(1)過熱(rè)蒸汽變爲飽和(hé)蒸汽(qì)
　　過熱蒸汽在(zài)管(guǎn)道輸(shū)送(sòng)過(guò)程中(zhōng)，會産生(shēng)熱能損(sǔn)失,即(jí)溫度降低(dī)。當溫(wēn)度降到一(yī)-定程度(dù)時(shí),會從(cóng)過熱蒸汽狀态(tài)進入臨(lín)界幹飽和狀(zhuàng)态(tài)或過飽(bǎo)和狀(zhuàng)态。
　　如進入(rù)幹飽和狀态，理(lǐ)論上不(bú)會産生(shēng)計量誤差。因幹(gàn)飽和蒸(zhēng)汽仍屬(shǔ)于蒸汽範疇,且(qiě)測量過熱蒸汽(qì)一般選(xuǎn)用溫度(dù)壓力雙補償方式,同(tóng)時适用于(yú)過熱蒸汽和幹(gàn)飽和蒸汽的密(mì)度補償(cháng)。
　　如進人(rén)過飽和(hé)狀态(即(jí)濕飽和狀态),濕(shī)度會以水滴、水(shuǐ)霧的狀(zhuàng)态(tài)存在(zài),勢必影響介質(zhì)的密度。但蒸汽的密(mì)度補(bǔ)償算法僅适用(yòng)于幹(gàn)蒸汽的計量,因(yīn)此濕(shī)度越(yuè)大(幹(gàn)度越(yuè)小(xiǎo)),誤差越(yuè)大。一般情況下(xià)，幹度≥95号時(shí),誤差(chà)較小;幹(gàn)度<958時,誤(wù)差過(guò)大(dà)。
解(jiě)決方法:
①減(jiǎn)短(duǎn)輸送管(guǎn)道距離;
②做好管(guǎn)道(dào)的保溫(wēn);
③當輸送管(guǎn)道過長時,将儀表安裝管道擡高(gāo)，或增加(jiā)排液(yè)裝(zhuāng)置(zhì)。
(2)飽和蒸汽變爲過熱(rè)蒸汽4
　　理想的(de)飽和蒸汽狀态是(shì)溫度、壓(yā)力、密度呈一(yī)-對(duì)應關系(xì),知道其中(zhōng)一個(gè)參數,即(jí)可計算(suàn)出另外(wài)兩(liǎng)個，因(yīn)此測量飽和蒸(zhēng)汽--般(bān)采用單補償方式,即單溫(wēn)度補償,或單壓(yā)力補(bǔ)償(cháng)。但當飽(bǎo)和蒸汽經過加壓閥(fá)産生大幅(fú)降壓(yā)時,可能由(yóu)飽和(hé)狀(zhuàng)态轉變(biàn)成過熱蒸(zhēng)汽。此(cǐ)時若(ruò)采(cǎi)用單溫(wēn)度補(bǔ)償計(jì)算的(de)密度誤差(chà)較大(dà)，采用單壓(yā)力補(bǔ)償計算的密度(dù)誤差相對較小(xiǎo);如果能選用溫壓(yā)補償方(fāng)式,則不會産生誤差(chà)。
　　蒸汽減壓和流(liú)量測(cè)量(liàng)示意圖(tú)如圖(tú)6所示。化工廠鍋(guō)爐出口的(de)飽和蒸汽(1mpa,184.1℃),經過(guò)減壓閥後轉變(biàn)爲過熱(rè)蒸汽狀(zhuàng)态(0.42mpa,162.4℃,.密(mì)度(dù)2.7048kg/m3),不同補償方(fāng)式計算的(de)密度(dù)對比如表(biǎo)2所示,溫度補償(cháng)誤差高達27.61号,而(ér)壓力補償(cháng)誤差(chà)僅在(zài)2.60号。
 
解(jiě)決方(fāng)法:
①流量計(jì)安(ān)裝(zhuāng)在減壓裝(zhuāng)置上(shàng)遊;.
②若安(ān)裝(zhuāng)在減(jiǎn)壓裝(zhuāng)置下(xià)遊,盡(jìn)量采用溫壓雙補償方式,或(huò)單(dān)壓力補償(cháng)方式(shì)。.
2)選擇具(jù)有内置(zhì)精度(dù)高标(biāo)準算(suàn)法(fǎ)的渦街(jiē)流量(liàng)計
　　軟(ruǎn)件算(suàn)法會對渦(wō)街流(liú)量計(jì)計量的(de)精(jīng)度造(zào)成較(jiào)大影響。如(rú)蒸汽(qì)密度、氣體(tǐ)壓縮系數,都是(shì)影響計算精度(dù)的關鍵參數。
　　蒸(zhēng)汽密(mì)度(dù)的計算方法有查表法(fǎ)和公式法兩(liǎng)種(zhǒng),兩種(zhǒng)算法(fǎ)中公(gōng)式法相對(duì)精度高,并(bìng)且(qiě)可以對(duì)蒸汽飽(bǎo)和(hé)及過(guò)熱區域進行(háng)判(pàn)斷;查表法(fǎ)覆蓋(gài)區域有限(xiàn),對于(yú)蒸汽(qì)飽和(hé)及過熱區(qū)域沒(méi)有正(zhèng)确的界(jiè)限(xiàn)。
　　氣體(tǐ)的壓縮系數也(yě)是随工(gōng)況條件(jiàn)而變化的,如果(guǒ)默認按1計(jì)算,則(zé)計算結果會存(cún)在--定偏差。因此(cǐ),測氣體,尤其是(shì)測天然氣時,應(yīng)選用帶有壓縮(suō)系數補償功能的渦(wō)街流(liú)量計(jì)。天然氣壓縮系(xì)數曲(qǔ)線如圖7所(suǒ)示。
 
5結(jié)語
　　渦街流(liú)量計是(shì)目(mù)前最(zuì)适合貿(mào)易(yì)計量的流(liú)量(liàng)計之一(yī)，因爲(wèi)通過渦街輸出的漩渦頻(pín)率的穩定(dìng)性能(néng)夠直(zhí)觀地判斷(duàn)出流量計工作(zuò)是否(fǒu)異常(cháng)，且壓(yā)損小、安裝方便(biàn),長期(qī)使用中渦街流量(liàng)計(jì)産生的表體結構偏(piān)差對(duì)儀表(biǎo)系數(shù)的影響很小，因(yīn)此可以(yǐ)長(zhǎng)期作爲計量儀表使(shǐ)用。

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