渦街流量計不同流速及流量限制問題的研究，為了解決孔板流量計在測量時存在的諸多問題，渦街流量計應(yīng)運而生。渦街流量計的優(yōu)缺點渦街流量計在諸多應(yīng)用方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的孔板流量計。比如，孔板流量計1個測量回路靜密封點為20個左右。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。相比而言，渦街流量計的靜密封點只有3個，不容易泄漏 ，它不受流體溫度、壓力還有密度等影響，流量系數(shù)長期不變。但是渦街流量計在使用的時候，也存在一些問題。

1）由于渦街流量計的原始信號為頻率信號，致使渦街流量計實際為一種數(shù)字式儀表。它只要能正常工作，精度一定有保證。但是一旦不能正常工作，產(chǎn)生的測量誤差將非常大，甚至連流量的變化趨勢都不能指示，徹底不能工作。

2）漩渦升力與流量的平方呈正比、與流體的密度呈正比。因此，流量減小時，渦街信號以2階關(guān)系急劇減弱，而氣體的渦街信號遠(yuǎn)低于液體。尤其是對于后續(xù)的記錄儀，在記錄儀長期損壞無法修復(fù)的情況下，一定要注意短接二次儀表的輸出。在用于氣體流量檢測時，因低密度、低流速導(dǎo)致渦街信號微弱，極易湮沒在干擾之中，流量計無法正確識別出漩渦，致使測量失敗。

3）由于渦街流量計傳感器必須敏感檢測小流量時微小的渦街升力，直接限制了傳感器的結(jié)構(gòu)。針對以上一些問題，下面將做部分探討。

渦街流量計的特點：

1)渦街流量計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量管內(nèi)沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節(jié)流部件。所以當(dāng)流體通過流量計時不會引起任何附加的壓力損失，是流量計中運行能耗低的流量儀表之一。

　　2)可測量贓污介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)及懸濁性液固兩相流的流量。這是由于儀表測量管內(nèi)部無阻礙流動部件，與被測流體接觸的只是測量管內(nèi)襯和電極，其材料可根據(jù)被測流體的性質(zhì)來選擇。針對非整周期采樣誤差影響頻率計算的精度的問題,研究了頻譜校正方法。例如，用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯，可測量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；采用耐磨橡膠做內(nèi)襯，就特別適合于測量帶有固體顆粒的、磨損較大的礦漿、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體。

　　3)渦街流量計是一種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、密度以電導(dǎo)率(在一定范圍)的影響。因此，渦街流量計只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可心用來測量其它導(dǎo)電性液體的流量。

　　4)渦街流量計的輸出只與被測介質(zhì)的平均流速成正比，而與對稱分布下的流動狀態(tài)(層流或湍流)無關(guān)。所以渦街流量計的量程范圍極寬，其測量范圍度可達(dá)100：1，有的甚至達(dá)1000：1的可運行流量范圍。

　　5)渦街流量計無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，也可測量正反兩個方向的流量。

　　6)工業(yè)用渦街流量計的口徑范圍極寬，從幾個毫米一直到幾米，而且國內(nèi)已有口徑達(dá)3m的實流校驗設(shè)備，為渦街流量計的應(yīng)用和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

安裝注意事項　　渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動脈動等敏感的流量計，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?！　u街流量計可安裝在室內(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為防止氣泡和液滴的干擾，要注意安裝位置。測量含液體和含氣液體的流量儀表安裝必須保證上、下游直管段有必要的長度。8、對于問題⑦主要是由于二次儀表顯示表頭線圈固定螺絲松，造成表頭下沉，指針與表殼摩擦大，動作不靈，通過調(diào)整表頭并重新固定，問題相應(yīng)解決。傳感器與管道的連接時要注意以下問題。　?、偕?、下游配管內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D’相同，其差異滿足下述條件：0.95D≤D’≤1.1D;　?、谂涔軕?yīng)與傳感器同心，同軸度應(yīng)小于0.05D’;　?、勖芊鈮|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;　?、轀p小振動對渦街流量計的影響應(yīng)該作為渦街流量計現(xiàn)場安裝的一個突出問題來關(guān)注。首先，在選擇傳感器安裝場所時盡量注意避開振動源;其次，采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮;第三，加裝管道支撐物是有效的減振方法?！　‰姎獍惭b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。布線時應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，盡量用單獨金屬套管保護(hù)。應(yīng)遵循“一點接地”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)換器外殼接地點應(yīng)與傳感器“同地”。

渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補

  渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補償，通過對渦街流量計的儀表常數(shù)隨著流速的變化而略有起伏這個規(guī)律的觀察與總結(jié),建立數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)這個數(shù)學(xué)模型,可以在不同的流速段對儀表常數(shù)做適當(dāng)?shù)难a償,可以提高渦街流量計的計算精度，該方案通過單片機(jī)809C51實現(xiàn)。二、按檢測技術(shù)分類按檢測技術(shù)不同，可以將渦街流量計分成熱敏式渦街流量計、超聲式渦街流量計、電容式渦街流量計、應(yīng)力式渦街流量計、應(yīng)變式渦街流量計、磁電（振動體）式渦街流量計、光電與光纖式渦街流量計以及其他檢測技術(shù)的渦街流量計。    

　　根據(jù)多年的應(yīng)用經(jīng)驗以及大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)渦街流量計的儀表常數(shù)與流體的流速存在一定的關(guān)系,本文通過尋找渦街流量計儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系,建立了兩者的數(shù)學(xué)模型,在流量計算時對它進(jìn)行補償,提高了計算精度。

　　1.1　渦街流量計的工作原理

　　渦街流量計是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計,即在流動的流體中放置一個非流線型的對稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發(fā)生體),就會在其下流兩側(cè)產(chǎn)生兩列有規(guī)律的漩渦,即卡門渦街其漩渦頻率正比于流體速度:

　　1.2　渦街流量計的特點

　　(1)輸出的信號是與流速成正比的脈沖信號,便于數(shù)據(jù)處理和計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

　　(2)量程范圍寬,精度高。

　　(3)無可動部件,可靠性較高,結(jié)構(gòu)簡單,便于安裝維修。

　　(4)檢測元件與被測介質(zhì)不直接接觸,不受流體的化學(xué)性質(zhì)影響,應(yīng)用范圍寬,壽命長。

　　(5)抗干擾能力強(qiáng),容易進(jìn)行流量計算,不受流體物理性質(zhì)的影響,給儀表的標(biāo)定和使用帶來了方便。

　　2　誤差的產(chǎn)生及補償

　　2.1　非線性誤差的產(chǎn)生

　　由于渦街傳感器所測的并不是平均流速,而是漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。對于湍流狀態(tài),不同的雷諾數(shù)下,流速分布規(guī)律是不同的,即不同的流速下具有不同的流速分布,進(jìn)而說明了渦街流量傳感器檢測到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速,與管道平均流速的關(guān)系不是確定的。這說明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測機(jī)理所決定的。局限性：(1)渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)(ReD≤2*104)測量，在高黏度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制。在實際使用時,先繪出傳感器的儀表常數(shù)與流體流速的試驗曲線,據(jù)此得到不同流速段的實際儀表常數(shù)。本文應(yīng)用MCS251單片機(jī)系列的89C51將試驗曲線事先固化于流量計的EPROM中,用戶結(jié)合現(xiàn)場具體工作情況通過鍵盤輸入平均儀表常數(shù)KP的值(KP= (Kmax Kmin) /2),實現(xiàn)了渦街傳感器的非線性修正。

　　2.2　儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補償

　　我們知道渦街流量計頻率與流量成正比,理論上講,渦街流量計輸出頻率與流速成正比,也就是說儀表常數(shù)恒定。實際上,由于流量計本身的因素導(dǎo)致兩者之間存在一定程度的非線性誤差。4、儀表接線過程中壓線不實，從而造成傳輸過程中信號的時斷時續(xù)。鑒此,我們做出了一條儀表常數(shù)與流速的實驗關(guān)系曲線,如圖1所示。圖中各點坐標(biāo)分別為A(Vmin,1.004 9KP),B(15%Vmax,0.997KP),C(30%Vmax,0.992853KP),D(50%Vmax,0.994883KP),E(75%Vmax,KP),F(Vmax,KP)。

　　針對這種誤差規(guī)律,我們采取分段補償?shù)姆绞竭M(jìn)行誤差修正。由圖1可以看出,隨著流速的降低,曲線偏離平均值越大,對此我們采用的方法可以達(dá)到兩個目的:

　　(1)無論偏差值多大,只要它有規(guī)律可循,就可補償修正,還可以把流量的下限即Vmin在坐標(biāo)上向左移動,即擴(kuò)大傳感器的量程。

　　(2)根據(jù)精度要求合理劃分區(qū)間,在誤差大的低流速區(qū)間線段取密一些,在誤差小的高流速區(qū)間可適當(dāng)將區(qū)間放寬。

　　為了滿足修正后非線性誤差在0. 3%以下的要求,我們根據(jù)理論分析和曲線規(guī)律,分別在12%Vmax、60%Vmax處增加兩點(見圖2),坐標(biāo)分別為G(12%Vmax,KP),H(60%Vmax,0.998KP)。理由:

　?、賄min/Vmax=8% ~9%;②DE曲線間無拐點且下凹;③AB曲線間無拐點且下凹。這樣,把整個流速范圍分成了六段,如表1。這樣處理后,可修正非線性誤差在0.3%以下。

　　2.3　補償后非線性誤差計算及驗證

　　表2為補償后各段儀表常數(shù)的非線性誤差計算值。

　　下面用某廠生產(chǎn)口徑為Dg80的渦街流量計為例驗證補償效果(產(chǎn)品編號:04150)。表3為原始檢測數(shù)據(jù).

　　2.4　計算流量

　　瞬時流量計算公式:

　　3　系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　3.1　系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能

　　(1)以89C51為核心元件,X25045存儲數(shù)據(jù)。

　　(2)采用82C79單片機(jī),可以同時顯示瞬時流量(4位)以及累積流量(6位 2位冪數(shù)),其顯示單位為體積流量。

　　(3)具有掉電檢測、保護(hù)功能(HT7044監(jiān)測電壓),掉電后數(shù)據(jù)存入X25045中。

　　(4)具有看門狗功能。

　　(5)采用鍵盤輸入,輸入內(nèi)容包括:儀表常數(shù)、瞬時流量上限、瞬時流量下限等。

　　3.2　主要程序模塊

　　(1)主程序。

　　(2)定時器中斷服務(wù)程序。

　　(3)鍵盤中斷處理子程序。

　　(4)掉電處理子程序。

　　(5)25045讀/寫狀態(tài)寄存器子程序。

　　(6)瞬時流量計算程序SSJS。

　　(7)累積流量計算程序LJJS。

　　(8)量程判別子程序CSDS。

　　用單片機(jī)89C51驗證了誤差補償?shù)臄?shù)學(xué)模型,并實現(xiàn)了智能渦街流量積算儀的設(shè)計,通過對儀表常數(shù)的修正使系統(tǒng)的精度有很大的提高,可以使渦街流量積算儀達(dá)到0. 5級標(biāo)準(zhǔn)，采用89C51單片機(jī)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性都得到了提高,82C79的鍵盤顯示接口芯片,代替單片機(jī)完成鍵盤和顯示器的許多接口操作,X25045可以將數(shù)據(jù)實時存儲起來，系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、可行,具有工程實用價值。因此當(dāng)儀表的工作條件偏離標(biāo)定條件較遠(yuǎn)時需對儀表系數(shù)K進(jìn)行修正。