基于涡街流量传感器的高精度液体旋涡流量计.pdf

第8期
干.国武等.基于涡街流量传感器的高精度液体旋涡流量
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基于涡街流量传感醫的高精度液体旋涡流量计
王国武丁必要赵静
(合肥精大仪表服份有限公司,合肥2.30088)
摘要为克服液体容积式流量计的缺陷,在门涡原理和技术创新的基础上,研制基于涡药流传
感器的高精度液体焱涡流璗计。实际应用表明:该旋涡流计具有椅度高、量程宽及对前后直管段要求
低等优点,可应用于环境苛刻的计量场合。
关键词旋渦流曼汁卡门涡術原理旋渦发生体文丘里管
中图分类号TH814
文献标识码B文章编号10003932(2015)080873-04
高精度液体流量计卞要以液体容积式流量
计为主,如椭圆齿轮流量计、螺旋转了流量计及
罗茨流量计等,其共同点是精度较高Ⅱ有一对转
子,系机械式流量计;但量程窄、结构复杂、部件
信号处理与流量
积算仪
加精度高、材料成本高、可动部件的转子易磨
损、压力损失大、易卡滞、不能计量含颗粒物或结
支撑筒柱
品的液体、不耐高温及不能用蒸汽吹扫等缺陷,因
此适用场合非常有限。普通旋涡流量计指涡街流
量计,但其精度很难达到一级以上,对前后直管段
旋涡检测传感器
等安装工艺的要求也较高,而可测液体流速较
(涡街流量传感器
高;涡轮流量计结构复杂,有转动的涡轮转子和轴
旋涡发生体
消旋器
承,对荟部件加工精度要求高,也不耐高温,不能
测量易结品流体。
测量管表体
日前业牛产中对精度高、安装要求低、性能
叫算、适用范同广的高品质流量计的需求越来越
多。为克服液体容积式流量计的缺陷,在卡门满
图1液体旋涡流量计基本结构示意图
街原理和技术创新的基础上,研制基」涡街流量
缩口段
直管段扩张段
传感器的高精度液体旋涡流量计。
液体旋涡流量计
1.1计量原埋
液体旋涡流量计的基本结构如图1所示。測
量管表体的剖视图如图2所示,可此其为一:段式
图2测量管表体剖视图
结构。
测量管表休流体输送管相连,流体流入测绕管壁处的流速最大;此时插入安装在直管段
量管表体,通过旋满发生体的流体分散6处沿偏旋泓检测传感器检測到旋流的脉动频卒,该脉
角的叶片向前流动,并产牛绕管道中心轴旋转的动频率和流体流速成良好的线性关系,旋涡检测
脉动旋淌流继续流动,随着缩口段的城小,脉动旋传感器输出相应频率的电信号到信サ处理与积算
涡流的流速越來越大,到达直管段时流速最大,并
经直管段的二次整流后脉动流最强、最稳定,且环
收稿日期:2015-0309
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化工白动化及仪表
第42卷
显示仪后进行信马处理并精确计算岀流体流量;1.4旋涡检测传感器
量过的旋涡流经消旋器消旋慜流成尢旋涡的流
旋涡检测传感器采用已获国家专利技术设计
体流往下游管道。
的一种通川涡街流量传感器”(简称传感器),该
1.2旋涡发生体
传感器采用高温铌酸锂压也晶体技术、探头内
本设计中的旋涡发生体的设计不同于三角柱際无填充材料结构、抽真空全氟弧焊接密封技术
或梯形杜涡街旋泓发生体,它是在一个小直径及刚性的金属铠装导线等新材料和新工ど技术制
圆柱体上圆周蝶旋分布安装6个直叶片,6个宜成;探头也采用不锈钢材料制成。该传感器具备
叶片沿圆周均匀分布H与中心轴呈40°偏角。这通用性、耐高温、抗振性强和信嗽比高的特点,既
种特殊结构的旋涡发尘体既是旋涡流的发生体,可用于满街流量计又可用于本流量计。旋涡检测
又具有流动调整“?的作用,因此经过该旋涡传感器内部封装的压电品体为居里点温度在
发牛体产牛的旋涡流场更稳定、更强,旋涡流对安1200℃的铌酸钾单品体,从根本上保证了传感器
装在后面的流量传感器作用力也更大,有利」流耐高温400℃的性能;采用内部无填允结构、封装
量信号的檢测,也从根木上保i了流量计具有良工と和刚性铠装导线结构形式,保证了传感器具
好的重复性?;此特征也是作为高精度液体旋涡有很高的信噪比和抗振性。该设计也是本谍販的
流量计的首要和必要条件;该结构特点也使该流基础所在,采用涡街流量传感器配会方案使得该
量计不仪对安装T艺要求低,特判是对前后直管流量计保留了涡街流量计全部的优点
段长度”的要求更低(前直管段3D~5D,后直1.5信号处理和流量积算仪
管段1D~2D),而且可以抑制上游脉动流、紊
H于流量传感器采用了压也式涡街流传感
流管道振动和流体气穴的下扰,这是涡街流器,所以信号变送器、流量计积算仪和涡街流量计
量计j其他速度式流量计所不其备的。另外,该的设计相可。由信号处理和流量积算仪组成的电
部件整体采用不锈钢材料,可叮耐高温耐腐似。
系统结构框图如图3所示
1.3测量管表体
涡街流量传感器输出的电荷信号经电荷放大
测量管表体是具有特殊结构和尺寸的一段式器转换为电压信号,再通过电压放大器、低通滤波
直通管,全部采用不锈钢制成;表体内通道形状像器和也压跟随器的滤波放大与形后输出脉冲信
经典的文丘里管,但与其作用有本质区別,此号进入单片机;单片机采用16位超低功耗
处结构不同于文丘甲管获得上下游符合特定函数MS1P430?系列芯片,使得该流量计具石双电源
规律的压差参数,而足获得·个适度的压差和流供电功能,输出信马有一:线制脉冲、两/三:线制4~
体的加速作用,起到对旋满流体二次慜流的作用,20mA电流两种,还具有RS485通信功能等,充分
次整流过的旋涡流脉动更强,旋涡传感器就是满足各种业计量场合的需求
檢测此时的旋涡流脉动。另外,此三段式流体通2测试与应用
道的压损较小,对流量计的流量特性出线有调警
评定流量计性能指标主要有4个参数:K系
功能,在结合大量实验数据的基础上优化计算出数、量程比、重复性和准确度等级。其中,K系数
一食尺寸参数,按此尺寸设计的流量计在较苋
是指一个测量周期内,流量计输出的脉数与流
流量范仍县有很高的线性度,这个特征是作为过流量计的相应流体总体积之比,每台流量计都
高精度流量计能保证高准确度2的关键;直管段有一个对应的平均K系数,一般都是通过实流标
部分的直径比参数的设计值大于0.7,从而在满定得出的;量程比是指流量计可测最大流量值与
足精度要求的可时实现流通截而最人化,从根本最小流值的比值;重复性是指在相同测最条件
上减小工作时的压损,后期实验验证压损仅为同下,重复测量同一个被测量,测量仪器提供相近示
口径容积式流量计的20%~30%,节能效果明值的能力;准确度等级是指符合一定的计量要求,
显;该设计也保证了整个流体管道内光滑流线无使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别或
死角,不公造成堵塞炇介质留行等象,可用于易级别
结晶、含颗粒物、非活浄液体或具有卫生沾浄要求
根据上述测试性能指标,对该方案研制
的液体计量。
DNV25mm、DN32mm和DN50mm共3种凵径的样