管道氬氣流量計

   管道氬氣流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體(阻流體)、檢測元件、儀表表體等;轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來智能式流量計還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

參數(shù)：
測量介質(zhì)： 氣體、液體、蒸氣
連接方式：法蘭卡裝式、法蘭式、插入式
測量精度：液體1.0級、氣體1.5級
測量溫度：常溫–25℃～100℃，高溫–25℃～250℃ -25℃～350℃ 
輸出信號：脈沖電壓輸出信號，高電平8～10V 低電平0.7～1.3V，脈沖占空比約50%,傳輸距離為100m，脈沖電流遠傳信號4～20 mA,傳輸距離為1000m
環(huán)境溫度：-25℃～+55℃ 濕度:5～90% RH50℃
殼體材質(zhì)：不銹鋼, 鋁合金
供電電源：DC24V或鋰電池3.6V
防護等級：IP65
特點：
1、可以同時集成溫度、壓力補償功能。
2、全智能化、數(shù)字化電路設(shè)計，自動補償被測流體密度或標況體積計算。
3、全新的數(shù)字濾波和修正功能使流量測量更加精準可靠。
4、電池供電型無需外接電源既可連續(xù)工作兩年以上。
5、全新點陣漢字液晶顯示，使用操作更方便。
6、工作壓力損失較小，量程范圍寬。
7、無可動機械零件，可靠性高，維護量小。

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結(jié)構(gòu)

(1)旋渦發(fā)生體

旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性(儀表系數(shù)、線性度、范圍度等)和阻力特性(壓力損失)密切相關(guān)，對它的要求如下。

1) 能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離;

2) 在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù);

3) 能產(chǎn)生強烈的渦街，信號的信噪比高;

4) 形狀和結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和幾何參數(shù)標準化，以及各種檢測元件的安裝和組合;

5) 材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化;

6) 固有頻率在渦街信號的頻帶外。

已經(jīng)開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類，如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應(yīng)用。為提高渦街強度和穩(wěn)定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過它的應(yīng)用并不普遍。

⑵ 檢測元件

流量計檢測旋渦信號有5種方式。

1) 用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓;

2) 旋渦發(fā)生體上開設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓;

3) 檢測旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流;

4) 檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓;

5) 檢測尾流中旋渦列。

根據(jù)這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)(熱敏、超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等)可以構(gòu)成不同類型的VSF。

管道氬氣流量計

當在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體(阻流體)時，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1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)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(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--斯特勞哈爾數(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 式中

K--流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3(P/m3)。

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除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(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)生體的斯特勞哈爾數(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。 由此可見，VSF輸出的脈沖頻率信號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)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信號應(yīng)同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。

選型

 安裝和維護

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(1)首先，渦街流量計盡量不要安裝在有機械振動的地方，比如往復(fù)泵或壓縮機的進出口。現(xiàn)在有不少廠家為了減少振動，采取了不少措施，比如像?ROSEMOUNT 8800D采用質(zhì)量平衡傳感系統(tǒng)和自適應(yīng)數(shù)字信號處理技術(shù)(ADSP)，提供了抗振性能。但是這些措施只能減輕振動的影響，并不能從根本上消除。

(2)渦街流量計同節(jié)流式差壓流量計一樣，渦街的產(chǎn)生必須在穩(wěn)定的流束場內(nèi)，有一定的直管段要求。直管段的長度直接影響渦街流量計的額定精度。以?Rosemount 8800D?為例，上游直管段至少?10?倍管徑的長度，下游直管段至少?5?倍管徑的長度。在滿足這個低直管段要求后，能通過修正系數(shù)來對流量進行修正。這個修正系數(shù)可以通過設(shè)備管理軟件或手操器來設(shè)定。

(3)一般情況下，渦街流量計安裝在水平，豎直或傾斜管道中，都能滿足精度要求。但在水平管道上安裝的使旋渦發(fā)生體處于水平面上，這樣在測量液體時，能防止沉淀物干擾旋渦發(fā)生體的頻率。在測量氣體或蒸汽時，可以防止液體干擾旋渦發(fā)生體的頻率。

(4)為了保證測量精度，渦街流量計要定期標定。渦街的標定工作一般是在工廠或?qū)嶒炇彝瓿傻?，但需要說明的是，工廠的標定環(huán)境和實際使用環(huán)境是有差別的。例如?ROSEMOUNT 8800D的出廠標定都是默認在?SCH40?的管道進行的。但實際的工程應(yīng)用中，肯定不可能都是?SCH40?的管道壁厚，所以存在著一定的內(nèi)徑差，在實際應(yīng)用時也要考慮通過修正系數(shù)來修正。

(5)渦街流量計應(yīng)在管道沖洗及吹掃后才安裝，以避免雜質(zhì)纏繞渦街發(fā)生體影響旋渦的產(chǎn)生和頻率。