摘(zhai)要:由于(yu)能(neng)源價(jia)格的(de)不斷上漲(zhang),用能成(cheng)本(ben)已經(jing)成爲(wei)衆多工業(ye)企業的(de)主要運營成(cheng)本之一,對(dui)于能源的(de)計量(liang)也越(yue)來越成爲(wei)社會的(de)關(guan)注焦(jiao)點,能源計量器(qi)具的配備(bei)合理與否.計量準确(que)與否(fou)與企(qi)業的(de)切身(shen)利益息息(xi)相關(guan)。渦街流量計 由(you)于原(yuan)始信(xin)号爲(wei)數字(zi)信号(hao)，具有(you)測(ce)量精度(du)高、補償(chang)計(ji)算簡(jian)單,異(yi)常(chang)狀況時(shi)易于分(fen)析(xi)的優(you)勢,在能源的貿(mao)易計量上占有(you)一席(xi)之地。該文(wen)介紹了渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測量原(yuan)理,分(fen)析了(le)渦街流量(liang)計(ji)在(zai)貿易(yi)計量上(shang)的(de)優勢(shi),以及渦(wo)街(jie)流量(liang)計應用(yong)于(yu)貿易(yi)計量時的注意(yi)事項。
　　渦(wo)街(jie)流量(liang)計是一種應用(yong)卡門(men)渦(wo)街(jie)原理(li)的流量計,用于(yu)液體、氣體(ti)和蒸(zheng)汽的(de)測量(liang),也可(ke)測量含(han)有微小(xiao)顆粒(li)、雜(za)質的渾(hun)濁液體，廣(guang)泛應(ying)用于(yu)石油(you)、化工(gong)、制藥(yao)、造紙、冶金、電力、環(huan)保、食品(pin)等行業。
1渦(wo)街流(liu)量計(ji)的工(gong)作原(yuan)理
　　渦街流量計(ji)是以卡門渦街(jie)理論爲(wei)基(ji)礎:當(dang)流體流經非線(xian)性的(de)三(san)角柱擋體時(shi),在(zai)擋(dang)體的(de)兩側就(jiu)會(hui)交替(ti)産生(sheng)有規則的(de)旋渦信号,該旋(xuan)渦的(de)分離頻率(lü)與流體(ti)的(de)流速(su)成正比(bi)”。渦街流(liu)量計結構原理(li)如圖(tu)1所示。
　　根據(ju)卡門渦(wo)街原理,有如(ru)下關(guan)系式(shi):
 
式(shi)中:
m一旋渦發生(sheng)體兩(liang)側(ce)弓(gong)形面(mian)積與(yu)管(guan)道橫截(jie)面面(mian)積之比(無(wu)量綱);
D一表體通(tong)徑(單位:m);
d一(yi)旋渦(wo)發生體迎面寬度(單(dan)位:m);
f一旋渦(wo)的發(fa)生(sheng)頻(pin)率(單(dan)位:Hz);
U1一(yi)旋渦(wo)發生(sheng)體兩側平(ping)均流速(單(dan)位:m/s);
Sr一斯特(te)勞哈爾數(無量(liang)綱);
U一(yi)被測介質(zhi)來流(liu)的平(ping)均速度(單(dan)位:m/s);
qr一瞬時(shi)體積流量(liang)(單位(wei):m2/s);
K一流量計的儀(yi)表系數(單(dan)位:m3)
　　由(you)公式可見(jian),平均(jun)儀表系數(shu)的大(da)小隻(zhi)與(yu)渦街流(liu)量傳(chuan)感器幾何(he)尺寸(cun)即渦(wo)街口(kou)徑、阻擋(dang)體(ti)寬度與斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數sr有關(guan)。斯特勞哈爾(er)數與雷諾(nuo)數的(de)關系如圖2所示,可(ke)見，當雷(lei)諾數Re在(zai)2x104~7x106之(zhi)間時,Sr可視爲常數。也(ye)就是(shi)說,對于一(yi)台口(kou)徑、阻擋體(ti)幾何尺寸已經确定(ding)的(de)渦街流(liu)量計,它的儀表(biao)系數(shu)在一(yi)定的(de)流速(su)範圍(wei)内是(shi)定值(zhi)的。
 
2渦(wo)街流(liu)量計的特(te)點
1)可(ke)測量(liang)液(ye)體、氣體(ti)、蒸汽的(de)流(liu)量;
2)輸(shu)出爲(wei)脈沖頻率(lü),其頻率(lü)與(yu)被測(ce)流體(ti)的(de)實(shi)際體(ti)積流(liu)量成正比(bi),且不(bu)受(shou)流體組(zu)分、密(mi)度(du)、壓力、溫度的(de)影(ying)響(xiang);
3)結構(gou)簡單(dan),無機械運(yun)動部件,長(zhang)期運(yun)行穩定可靠;
4)量(liang)程比(bi)适(shi)中(zhong),普通(tong)傳感(gan)器(qi)量(liang)程比可達10:1以上(shang),智能(neng)渦街(jie)流量(liang)計量(liang)程比可(ke)達(da)40:1;
5)壓力(li)損失小(xiao)，約(yue)爲孔闆流量計的1/4~1/2。
3渦(wo)街流量計在貿(mao)易計(ji)量(liang).上(shang)的優(you)勢
1)渦(wo)街流量信(xin)号爲數(shu)字頻率(lü)方式,測量(liang)精度(du)高
　　渦(wo)街(jie)流量計(ji)的旋(xuan)渦分(fen)離頻(pin)率是(shi)與(yu)體積流(liu)量的(de)大小(xiao)成正比的(de),且分離頻(pin)率不(bu)受流(liu)體組(zu)分、密(mi)度、壓(ya)力溫(wen)度的影(ying)響。隻要測量出(chu)旋渦個(ge)數,就(jiu)可(ke)以準确(que)計算(suan)出(chu)體積流(liu)量，而(er)旋渦(wo)個數(shu)的測(ce)量(liang)是純數(shu)字概念,不(bu)存在(zai)測量(liang)數值(zhi)上的(de)誤差(cha)，讓渦(wo)街流(liu)量計具(ju)有了全(quan)量程(cheng)範(fan)圍(wei)内流(liu)量信号(hao)精(jing)确的(de)特點,是(shi)其(qi)它模拟類(lei)流(liu)量計不(bu)可比拟(ni)的(de)優點。傳感器線性均(jun)爲18的脈沖型渦(wo)街和(he)模(mo)拟類流(liu)量計(ji)精(jing)度(du)對比如表1所(suo)示(shi)。
 
2)補償(chang)運算(suan)簡(jian)單(dan),計算精度(du)高,未知參(can)數少
　　渦街流量(liang)計的(de)體積(ji)流量(liang)可以(yi)通過測量(liang)旋渦(wo)分離頻率(lü)得知,蒸(zheng)汽(qi)密度(du)、氣體密度、壓縮(suo)系數(shu)都可(ke)以通過測(ce)量(liang)溫度壓(ya)力進行(hang)補(bu)償計(ji)算,且計算公式(shi)均爲(wei)國标(biao)或國際公式,計算精(jing)度高(gao)。與(yu)差(cha)壓式(shi)流量(liang)計(ji)對(dui)比,差(cha)壓式流(liu)量計計(ji)算結(jie)果受(shou)密度(du)、粘度、等熵(shang)指數(shu)、壓縮(suo)系(xi)數、氣體(ti)可膨(peng)脹系(xi)數以(yi)及結(jie)構(gou)尺寸熱(re)脹冷縮變化的影響2,補償計算(suan)較複(fu)雜,且很多差壓(ya)式流(liu)量計(ji)并沒(mei)有氣(qi)體可(ke)膨脹(zhang)系數(shu)的補(bu)償計算公(gong)式,因(yin)此,計量(liang)結果會(hui)存在(zai)一定(ding)偏差。
　　渦街(jie)流量計算(suan)法流(liu)程(cheng)如(ru)圖3所示,圖(tu)中虛線框(kuang)爲外(wai)部采集信(xin)号,實(shi)線(xian)框(kuang)爲計(ji)算參(can)數;差(cha)壓式(shi)流量計算法流(liu)程如(ru)有(you)圖4所示(shi),圖中(zhong)虛線(xian)框爲(wei)外部信号(hao)及已(yi)知參(can)數,實線框(kuang)爲計(ji)算(suan)參(can)數。
 
3)儀表測(ce)量異(yi)常時(shi),能快速(su)分(fen)析判(pan)斷
　　由于(yu)卡(ka)門渦(wo)街流量信(xin)号是(shi)由旋渦頻(pin)率數(shu)值來(lai).體現的,在(zai)正常(chang)情況下,旋(xuan)渦分離頻(pin)率是穩定的,隻有當(dang)傳感器發(fa)生異(yi)常或(huo)工況發生(sheng)變化時(shi),旋渦分(fen)離頻率才會有(you)很大的變(bian)化,因(yin)此,通過觀(guan)察渦(wo)街流(liu)量傳感器(qi)頻率(lü)變(bian)化範圍(wei)的大小，可(ke)以很方便(bian)的分(fen)析出(chu)傳感(gan)器是(shi)否存(cun)在故(gu)障(zhang),不會出(chu)現模(mo)拟類傳感(gan)器在使(shi)用時因(yin)爲零點偏(pian)移或模拟(ni)轉(zhuan)換誤差(cha)而帶來不(bu)易發(fa)現的計(ji)量誤差(cha)。渦街信号如圖(tu)5所示
 
　　觀(guan)察(cha)渦街(jie)流量計放(fang)大整(zheng)形後(hou)波(bo)形(xing),若爲(wei)均勻(yun)方波(bo)信号(hao),則爲(wei)正常流量(liang)變化;若出(chu)現明(ming)顯不均勻方波(bo)信号(hao),則(ze)可(ke)能爲(wei)外界幹擾(rao)、超出(chu)測量範(fan)圍(wei)或傳(chuan)感器(qi)故障導緻(zhi)。
4渦街(jie)流量(liang)計在(zai)貿易計(ji)量上的(de)注意(yi)事項
　　除常(chang)規的(de)選型設計(ji)外，渦街流(liu)量計(ji)用在貿易計量(liang)時,還應注(zhu)意以(yi)下幾(ji)點(dian):
1)蒸汽狀(zhuang)态變(bian)化對(dui)流量(liang)測量(liang)的(de)影(ying)響測(ce)量蒸汽時(shi),在蒸汽經(jing)過閥(fa)i]或較(jiao)長管道輸(shu)送後,可能會産生蒸(zheng)汽狀态變(bian)化的情況:.
(1)過(guo)熱蒸汽(qi)變爲(wei)飽和(he)蒸汽(qi)
　　過熱蒸汽(qi)在管(guan)道輸送過(guo)程中(zhong)，會産生熱能損(sun)失,即溫(wen)度(du)降低。當溫(wen)度降(jiang)到一(yi)-定程度(du)時,會從過熱(re)蒸汽狀态(tai)進入臨(lin)界(jie)幹飽(bao)和狀态或過飽(bao)和狀态。
　　如(ru)進入(ru)幹飽(bao)和(he)狀态，理(li)論上不(bu)會(hui)産生(sheng)計量(liang)誤差。因幹(gan)飽和蒸(zheng)汽(qi)仍屬(shu)于蒸汽範(fan)疇,且(qie)測量過(guo)熱(re)蒸汽(qi)一般(ban)選用溫度(du)壓力雙(shuang)補(bu)償方(fang)式,同時适(shi)用于(yu)過熱(re)蒸汽(qi)和幹(gan)飽和(he)蒸汽的密(mi)度補償。
　　如(ru)進人(ren)過飽(bao)和(he)狀态(即(ji)濕飽和(he)狀(zhuang)态),濕度會(hui)以(yi)水滴、水(shui)霧的狀(zhuang)态(tai)存在,勢必(bi)影響介質(zhi)的密度。但(dan)蒸汽的密度(du)補償算(suan)法僅(jin)适用(yong)于幹(gan)蒸汽(qi)的(de)計(ji)量,因(yin)此濕度越(yue)大(幹(gan)度越小),誤差越(yue)大。一般情況下(xia)，幹度(du)≥95号時,誤差(cha)較小;幹度<958時,誤(wu)差過(guo)大。
解決方(fang)法:
①減短輸(shu)送管(guan)道距(ju)離;
②做好管(guan)道的(de)保溫(wen);
③當輸(shu)送管道(dao)過(guo)長時(shi),将儀表安裝管(guan)道擡高，或增加(jia)排液(ye)裝置。
(2)飽和(he)蒸汽變(bian)爲過熱(re)蒸汽(qi)4
　　理(li)想(xiang)的飽(bao)和蒸(zheng)汽(qi)狀态是(shi)溫度(du)、壓力、密度呈一(yi)-對應(ying)關系(xi),知道其(qi)中一個參數,即可(ke)計算(suan)出另(ling)外兩個，因(yin)此測(ce)量飽和蒸(zheng)汽--般采用(yong)單補(bu)償方式,即單溫(wen)度補償,或單壓(ya)力補(bu)償。但(dan)當飽(bao)和蒸(zheng)汽經過加壓閥(fa)産生大幅(fu)降壓時(shi),可(ke)能由飽和(he)狀态(tai)轉變(bian)成過熱(re)蒸(zheng)汽。此時若(ruo)采(cai)用(yong)單溫(wen)度補償(chang)計(ji)算的(de)密度(du)誤(wu)差(cha)較大(da)，采用單壓(ya)力補償計(ji)算的(de)密度(du)誤差(cha)相對較小(xiao);如果(guo)能選(xuan)用溫(wen)壓補償(chang)方式,則(ze)不會(hui)産生(sheng)誤差(cha)。
　　蒸汽減(jian)壓(ya)和流量測(ce)量(liang)示意圖(tu)如圖6所示(shi)。化工(gong)廠鍋爐出(chu)口的(de)飽和蒸汽(qi)(1MPa,184.1℃),經過減壓(ya)閥後轉變(bian)爲過(guo)熱(re)蒸(zheng)汽狀(zhuang)态(0.42MPa,162.4℃,.密(mi)度2.7048kg/m3),不同補(bu)償方式計(ji)算的(de)密度對比如表(biao)2所示,溫度(du)補償(chang)誤差(cha)高達27.61号,而(er)壓力補償(chang)誤差(cha)僅在(zai)2.60号(hao)。
 
解決方(fang)法:
①流量計(ji)安裝在減(jian)壓(ya)裝置上(shang)遊;.
②若安裝(zhuang)在減(jian)壓裝置下遊,盡(jin)量采用溫(wen)壓雙(shuang)補償(chang)方式(shi),或單(dan)壓力補償(chang)方式(shi)。.
2)選擇具(ju)有内置(zhi)精度(du)高标(biao)準算(suan)法的(de)渦街(jie)流量(liang)計
　　軟(ruan)件(jian)算法會(hui)對渦(wo)街流量計(ji)計量的精(jing)度造(zao)成較大影(ying)響。如(ru)蒸汽(qi)密(mi)度(du)、氣體(ti)壓縮(suo)系數(shu),都是(shi)影響計算(suan)精度(du)的關鍵參(can)數。
　　蒸(zheng)汽密度(du)的(de)計算(suan)方法有查表法(fa)和公式法(fa)兩種,兩種(zhong)算(suan)法(fa)中公(gong)式法相對(dui)精度(du)高,并(bing)且可以對(dui)蒸汽飽和(he)及過熱區域進行判(pan)斷;查(cha)表法(fa)覆蓋(gai)區域(yu)有限,對于(yu)蒸汽(qi)飽和及過熱區(qu)域(yu)沒有正(zheng)确的(de)界限(xian)。
　　氣體(ti)的壓(ya)縮系(xi)數也(ye)是随(sui)工(gong)況(kuang)條件(jian)而變(bian)化的(de),如果(guo)默認按1計(ji)算,則(ze)計算(suan)結果會存(cun)在--定偏差(cha)。因此(ci),測氣體(ti),尤其是(shi)測天然(ran)氣時,應選用(yong)帶(dai)有(you)壓縮(suo)系數補償(chang)功能(neng)的渦(wo)街流量計(ji)。天然氣(qi)壓縮系(xi)數曲(qu)線(xian)如圖7所(suo)示。
 
5結(jie)語(yu)
　　渦(wo)街流(liu)量計是目前最(zui)适合(he)貿(mao)易計量(liang)的流(liu)量計之一(yi)，因爲(wei)通過渦街輸出(chu)的漩渦頻(pin)率的(de)穩定性能(neng)夠直(zhi)觀地判斷(duan)出流(liu)量(liang)計(ji)工作(zuo)是否異常，且壓(ya)損小、安裝方便(bian),長期(qi)使(shi)用中渦(wo)街流量計(ji)産生(sheng)的表(biao)體(ti)結構偏(pian)差對儀表系數(shu)的影(ying)響很小，因(yin)此可以長(zhang)期作(zuo)爲計(ji)量儀表使(shi)用。

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