智能蒸汽流量計(jì)

智能蒸汽流量計(jì)是一種采用壓電晶體作為檢測元件，輸出與流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的流量儀表。該儀表可以直 接與智能流量積算儀配套使用，也可以與計(jì)算機(jī)及集散系統(tǒng)配套使用，對不同介質(zhì)的流量參數(shù)進(jìn)行測量。該儀表根據(jù)流體渦街的檢測原理，其檢測渦街的壓電晶體不與介質(zhì)接觸，儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好和穩(wěn)定性的特點(diǎn).溫壓補(bǔ)償型蒸汽流量計(jì)可用于各種氣體、液體和蒸汽的流量檢測及計(jì)量。

溫壓補(bǔ)償一體化智能型 圖：

原理:
在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦，如圖所示，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，即可得到以下關(guān)系式：　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；
Sr--斯***勞哈爾數(shù)；
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比.
 管道內(nèi)體積流量qv為
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　?。?）
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 （3）
式中 K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，高沖數(shù)/m3（P/m3）。
K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯***勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯***勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯***勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見，在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測量氣體流量時(shí)，VSF的流量計(jì)算式為(4)
式中 qVn，qV--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；
Pn，P--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的高壓力，Pa；
Tn，T--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn，Z--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

                       
由上式可見，VSF輸出的高沖頻率信號(hào)不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信號(hào)應(yīng)同時(shí)監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計(jì)量還是有直接影響的。

特點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動(dòng)部件，長期運(yùn)行可靠；

(2)維護(hù)方便，安裝費(fèi)用較低；

(3)傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命較長；

(4)輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，精度高，并方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；

(5)流量量程比可達(dá)1:10，測量范圍較寬；

(6)壓力損失小，運(yùn)行費(fèi)用較低；

(7)在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號(hào)頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響，儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測量流體的比體積流量無需補(bǔ)償，調(diào)換配件后無需重新標(biāo)定儀表的系數(shù)；

(8)應(yīng)用范圍較廣，氣體、液體的流量均可測量；(9)檢定周期一般為2-4年。

該流量計(jì)也存在一定的局限性：

(l)渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，漩渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故對直管段長度有一定的要求，一般測點(diǎn)前后直管段長度分別為10D、5D(D為管道直徑);

(2)測量液體時(shí)，受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，上限流速一般是0.5-8m/s;

(3)測量蒸汽時(shí)，上限流速受介質(zhì)可壓縮性的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制，蒸汽流速是8~25m/s;

(4)應(yīng)力式渦街流量計(jì)對振動(dòng)較為敏感，故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計(jì)時(shí)，管道要有一定的減震措施；

(5)應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測傳感器，要受溫度的限制，一般為一40-300℃。

 外形尺寸圖：

智能蒸汽流量計(jì)的儀表主要有渦街流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)以及節(jié)流式流量計(jì)等,近幾年來渦街流量計(jì)由于其壓損小、精度一、測量范圍寬等特點(diǎn),被大量應(yīng)用于蒸汽流量的測量。渦街流量計(jì)可以用來計(jì)量液體、氣體以及蒸汽的流量,渦街流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。根據(jù)卡門渦街原理,漩渦發(fā)生體形成漩渦后,傳感器采集頻率信號(hào),通過轉(zhuǎn)換器放大、濾波處理后計(jì)算并顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。                 

　　1　蒸汽實(shí)流檢定裝置的結(jié)構(gòu)原理

　　蒸汽實(shí)流檢定裝置的計(jì)量方法是蒸汽冷凝稱重法,是把蒸汽經(jīng)過*全系列處理后,通過被檢定蒸汽流量計(jì)后冷凝成水進(jìn)行稱量,稱量的水和通過流量計(jì)的蒸汽量的質(zhì)量是相等的,同時(shí)采集通過流量計(jì)的時(shí)間,由流量公式計(jì)算得到流量,達(dá)到檢定流量計(jì)的目的。該裝置主要由穩(wěn)壓罐、電子秤、冷凝器、換向器、溫度變送器、壓力變送器、冷卻塔等組成,其工作原理如圖1所示。

　　2　渦街流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定下數(shù)學(xué)建模

　　蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用冷凝稱重法,是對流過蒸汽流量儀表的質(zhì)量流量的計(jì)量,因此,用蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對渦街流量計(jì)進(jìn)行檢測,其單次測量的誤差公式為：

　　Ei=(mi-ms) /ms=mi/ms-1

　　式中:Ei為渦街流量計(jì)示值誤差,%;mi為渦街流量計(jì)顯示值, kg;ms為標(biāo)準(zhǔn)裝置的流量示值, kg。

　　3　不確定度分析

　　3·1　標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度ur(ms)

　　標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度等級(jí)為ur(ms)=0·2%,按正態(tài)分布,k=2,則

　　ur(ms)=0·2% /2=0·1%

　　靈敏系數(shù)cr(ms)= Ei/ ms=-1·02

　　3·2　被檢流量計(jì)顯示值的不確定度ur(mi)

　　由于所選渦街為流量積算儀加渦街流量傳感器的形式,此方式也為當(dāng)前大多數(shù)生產(chǎn)廠家所采用,這里需要將流量傳感器與流量積算儀的不確定度共同作為被檢流量計(jì)顯示值的不確定度[1]。

　　(1)數(shù)學(xué)模型

(2)不確定度來源分析[2]

　?、儆糜诹髁坑?jì)密度計(jì)算的高壓變送器的不確定度urp;

　?、谟糜诹髁坑?jì)密度計(jì)算的溫度變送器的不確定度urT;

　?、郾粰z流量計(jì)各流量點(diǎn)誤差重復(fù)性urEr;

　?、鼙粰z流量計(jì)的平均誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差ur-E。

　　(3)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定

　?、倭髁坑?jì)密度計(jì)算的高壓力變送器的不確定度ur(p)

　　選擇壓力變送器允許*·1%,壓力變送器在滿量程的2/3處使用,按矩形分布考慮[1],

　　在用蒸汽量為100kg的條件下,對流量儀表各個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行測量,測量結(jié)果見表1。

　　3·3　不確定度分析覽表

　　3·4　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[2]

　　3·5　擴(kuò)展不確定度U

　　4　結(jié)論

　　采用蒸汽冷凝法蒸汽流量計(jì)量檢定裝置對渦街流量計(jì)進(jìn)行檢定,其不確定度的分析與在空氣裝置中采用標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行檢定相比較高,由于存在以下幾點(diǎn)區(qū)別,使分析方法和結(jié)論上存在差異。

　　(1)冷凝法蒸汽檢定裝置中是對渦街流量計(jì)質(zhì)量流量的計(jì)量,空氣檢定裝置中是對渦街流量計(jì)體積流量的計(jì)量。

　　(2)冷凝法蒸汽檢定裝置中溫變、壓變是對蒸汽密度的計(jì)算,空氣檢定裝置中是將體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)表?xiàng)l件下的體積流量。

　　(3)數(shù)學(xué)建模方式存在本質(zhì)性的差異。