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；無可動機械零件，因此可靠性高,維護(hù)量??；①上、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。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高，可在-20℃～ 350℃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。

工作原理

在流體中設(shè)置非流線型旋渦發(fā)生體（阻流體），則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。

渦街流量計在現(xiàn)場中的應(yīng)用　　1現(xiàn)場應(yīng)用　　渦街流量計適用的流體比較廣泛，但不適用于低雷諾數(shù)(ReD≤2×104)流體。因為在低雷諾數(shù)時，斯特勞哈爾數(shù)隨著雷諾數(shù)而變，儀表線性度變差。同時，含固體微粒的流體對旋渦發(fā)生體的沖刷會產(chǎn)生噪聲，其含有的短纖維若纏繞在旋渦發(fā)生體上將改變儀表系數(shù)。渦街流量計在混相流體中的應(yīng)用如下：　?、倏捎糜诤稚?、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應(yīng)小于7%～10%的氣、液兩相流，若容積含氣率超出2%就應(yīng)對儀表系數(shù)進(jìn)行修正。　?、诳捎糜诤稚ⅰ⒕鶆虻墓腆w微粒，含量不大于2%的氣固、液固兩相流?！　、劭捎糜诨ゲ蝗芙獾囊阂?如油和水)兩組分流等?！　∶}動流和旋轉(zhuǎn)流會對渦街流量計產(chǎn)生嚴(yán)重影響。如果脈動頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振，破壞正常工作和設(shè)備，使渦街信號產(chǎn)生“鎖定(Lock-in)”現(xiàn)象，這時信號會固定于某一頻率?！版i定”與脈動幅值、旋渦發(fā)生體形狀及堵塞比等有關(guān)?！　u街流量計的精1確度對于液體大致在±0.5%R～±2%R之間，對于氣體在±l%R～±2%R之間，重復(fù)性一般為0.2%～0.5%。由于渦街流量計的儀表系數(shù)較低，頻率分辨率低，口徑愈大精度愈低，故儀表口徑不宜過大(DN300以下)?！　》秶葘捠菧u街流量計的特點，但重要的一點是量程下限的流量數(shù)值。一般液體平均流速下限為0.5m/s，氣體為4～5m/s。渦街流量計的正常流量z好在正常測量范圍的1/2～2/3處?！　u街流量計的z大優(yōu)點是儀表系數(shù)不受測量介質(zhì)物性的影響，可以由一種典型介質(zhì)推廣到其他介質(zhì)上。但由于液、氣的流速范圍差別很大，導(dǎo)致頻率范圍亦差別很大。處理渦街信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數(shù)亦不同，因此，同一電路參數(shù)不能用于測量不同介質(zhì)?！　×硗?，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時產(chǎn)生的信號強度與密度成正比，因此信號強度差別亦很大。液、氣放大器電路的增益、觸發(fā)靈敏度等皆不相同，壓電電荷差別大，電荷放大器的參數(shù)也不相同。即使同為氣體(或液體、蒸汽)，隨著介質(zhì)壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍不同，信號強度亦不同，電路參數(shù)同樣要改變。因此，一臺渦街流量計不經(jīng)硬件或軟件修改，改變使用介質(zhì)或改變儀表口徑是不可行的。(6)輸出與流量成正比的脈沖信號，適用于總量計量，無零點遷移。

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809C51實現(xiàn)。⑤減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。    

　　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,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理所決定的。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。渦街流量計常用于蒸汽的測量,蒸汽作為重要的二次能源用途非常廣泛,蒸氣流量的準(zhǔn)確計量和蒸汽流量計的選型、安裝有著非常密切的聯(lián)系。

　　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。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)。最后要知道管道內(nèi)蒸汽的狀態(tài),比如壓力和溫度,合理配置壓力變送器和溫度鉑熱電阻。

　　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,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。對易凍裝置儀表進(jìn)行重點檢查并做好巡檢記錄，進(jìn)行儀器儀表及其保溫防凍措施進(jìn)行干燥、完整、潔凈的維護(hù)保養(yǎng)，及時解決現(xiàn)場發(fā)生的保溫伴熱問題。