摘要：本文回顧了渦街流量計(jì)的發(fā)展和基本特點(diǎn)后，著重介紹了電容式渦街流量計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)，分析了采用SWINGWIRLⅡ電容式渦街流量計(jì)能取得的經(jīng)濟(jì)效益。 

1、前言：
　　渦街流量計(jì)從七十年代用于工程實(shí)際,發(fā)展到現(xiàn)在,已開始用電容式(以差動電容為檢測元件)逐漸取代了***初的應(yīng)力式(以壓電晶體為檢測元件)等類型的渦街流量計(jì),這種取代不僅僅是產(chǎn)品的升級換代,而是這種產(chǎn)品在技術(shù)等級上的脫胎換骨,它將從影響渦街流量計(jì)應(yīng)用的栓桔中掙脫開來.為這種流量計(jì)開拓了光明的發(fā)展前景。它具有其它流量計(jì)所沒有的各方面的無可比擬的優(yōu)點(diǎn),已有取代傳統(tǒng)節(jié)流孔板的趨勢,估計(jì).未來的流量檢測領(lǐng)域,會因電容式渦街流量計(jì)的引入而成為渦街流址計(jì)的天下。

2、渦街流量計(jì)的發(fā)展和基本特點(diǎn)：
    渦街流量計(jì)是利用卡門渦街理論，隨著電子工業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的。其基本構(gòu)成是:旋渦發(fā)生體，檢測元件，信號處理放大電路。目前對于旋渦發(fā)生體的研究已達(dá)到相當(dāng)完善的程度。各方面的研究證明，三角型發(fā)生體為***佳型體。而信號處理放大電路的選用和構(gòu)成又與檢測元件相一致?？梢?，檢測元件的好壞也即檢測技術(shù)的優(yōu)劣是影響渦街流量計(jì)整體性能的關(guān)鍵因素。
   正因?yàn)槿绱耍瑴u街流量計(jì)的發(fā)展是隨著檢測技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，即從***初的熱敏式、應(yīng)變式、應(yīng)力式、超聲波式發(fā)展到電容式檢測技術(shù)的。它們的檢測元件分別是熱敏電阻，應(yīng)變片、壓電晶體和變電容柱。
    由于這種流量計(jì)測量原理的獨(dú)特性，使得其具有節(jié)流孔板那樣無運(yùn)動部件而壓力損失卻不大的特點(diǎn)，還具有渦輪流量計(jì)那樣輸出數(shù)字信號而機(jī)械性能要求又不高的長處。因而其綜合性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于這兩類儀表。
    如:
   ①沒有運(yùn)動部件，檢測元件不與介質(zhì)接觸，沒有機(jī)械磨損和機(jī)械故障，儀表常數(shù)長期穩(wěn)定，可靠性高、使用壽命長。
   ②由于過程工業(yè)的介質(zhì)情況復(fù)雜，使得流量變化范圍幅度大.許多量程比窄的儀表如孔板類較難適應(yīng)。而渦街流量計(jì)的旋渦發(fā)生體已達(dá)到了***優(yōu)化的設(shè)計(jì)，使其實(shí)際量程比大于10 : 1，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。
   ③儀表直接輸出與流量呈線性關(guān)系的電流或電壓脈沖信號，信號的傳輸距離長，可使用二線制或三線制，稍加處理便可輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或輸入DCS集散系統(tǒng)中。
   ④在上述性能條件下，其測量精度較高可達(dá)到0.1. l級的精度。比較其它流量計(jì)，能達(dá)到這個(gè)精度的價(jià)格較高，價(jià)格較低的，則精度又很低。
   ⑤渦街流量計(jì)的壓損小，只是孔板流量計(jì)的幾分之一，僅次于電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。因而其能耗小，為節(jié)能型儀表。
   ⑥渦街流量計(jì)外部結(jié)構(gòu)簡單，安裝時(shí)只要按規(guī)定將一次儀表用法蘭夾在管道中或直接安裝在管道上(法蘭型)，而不需要引壓管、變送器、管閥件等一系列附屬設(shè)備，所以安裝成本低、方便、可靠。

3、電容式渦街流t計(jì)的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)：
  由于前期的幾種產(chǎn)品有許多不盡人意的弱點(diǎn)，如:不能測量蒸汽、不能承受管道振動等因而有一些品種象熱敏式、應(yīng)變式已較少應(yīng)用。目前應(yīng)用***多的還是應(yīng)力式，這是由于相對于上述兩種產(chǎn)品，應(yīng)力式還有一些優(yōu)點(diǎn)而目前還沒有更好的替代產(chǎn)品。    中德合資煙臺開發(fā)區(qū)易達(dá)測器公司生產(chǎn)的電容式產(chǎn)品SWINGWIRL  g是采用差動開關(guān)電容(Different Switch Capciblity)柱為檢測元件的新一代產(chǎn)品，它能克服抗振性能差，工作溫度范圍窄，流量Re數(shù)有限制等其它種渦街流量計(jì)不能克服的難題。    SWINGWIRL  H的基本原理也是卡門渦街理論;當(dāng)管道中流體從三角形擋體(旋渦發(fā)生體)的正面流過時(shí)，在此檔體后面兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則交替排列著的旋渦，并依次向下游流去。當(dāng)雷諾數(shù)Re大于3800時(shí)，旋渦的分離頻率正比于管道中流體的平均流速。圓柱形DSC檢測元件位于擋體的圓孔內(nèi)形成稱作振動舌的圓套筒，有旋渦一側(cè)與無旋渦一側(cè)之間的壓力差，通過檔體測孔而使振動舌產(chǎn)生微量的偏移，從而在檢測元件上產(chǎn)生相應(yīng)的電容變化，即轉(zhuǎn)換成電信號，前置放大器將此正弦波形的檢測信號處理成為4 ~20mA的矩形脈沖信號，其頻率嚴(yán)格等于旋渦分離的頻率，并在這前后兩種信號間加以電隔離，后置信號轉(zhuǎn)換器再把這種頻率標(biāo)準(zhǔn)化，輸出或轉(zhuǎn)成模擬信號輸出。見圖1所示。表1是各種檢測方式的渦街流量計(jì)的應(yīng)用范圍比較。

圖1電容式渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

表1各種檢測方式的渦街流里計(jì)比較

    這種以差動開關(guān)電容為測量元件的電容式SWINGWIRL  B渦街流量計(jì)，除具備一般渦街流量計(jì)的基本特點(diǎn)外，還有許多獨(dú)有的特性。
3. 1、廣泛的溫度適應(yīng)能力：
  易達(dá)測器采用德國E+H公司的現(xiàn)代工程材料與方法，獨(dú)特設(shè)計(jì)了差動開關(guān)電容DSC探頭，從而使SWINGWIRL B的工作溫度范圍跨度向極限擴(kuò)展，可在一20° C到+400℃范圍內(nèi)工作。E+H公司曾進(jìn)行過高溫(400 0C)的極限狀態(tài)試驗(yàn)，結(jié)果表示儀表體的溫度能有效地降到安全水平。DSC探頭工作正常。由美國商業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)局工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的低溫試驗(yàn)也證明，儀表完全可以在一200℃條件下的液氮中工作。
   此外，由于SWINGWIRL B中的DSC探頭與介質(zhì)是非接觸式的，不存在象壓電晶體或壓變片那種破裂、老化的問題，因而在工作溫度范圍內(nèi)，即使有100 `C /S的熱沖擊也能夠輕易地承受得住。這對于某些過程十分重要。

3. 2、優(yōu)異的振動和脈動補(bǔ)償性能：
  盡管渦街流量計(jì)本身的結(jié)構(gòu)抗振動，但振動會產(chǎn)生干擾信號而影響測量精度，對于由馬達(dá)、泵等運(yùn)轉(zhuǎn)引起的管線振動，SW ING-W IRL，在DSC探頭中采取了一種補(bǔ)償設(shè)計(jì)，使之得到了有效的補(bǔ)償，從而在1 -v500Hz的頻率范圍內(nèi)任何方向上的振動，或高達(dá)1g的振動加速度均被抑制，對測量信號沒有影響。    壓力脈動即靜壓波動，是水泵等引起的，并且在管道中可以傳播很長一段距離而不會明顯地衰減。這種脈動也會使噪聲信號增大，影響測量精度，一般渦街流量計(jì)對此束手無策。但對于DSC探頭，由于壓力脈動對稱地壓縮探頭的振動舌，從而使兩個(gè)電容值的變化具有同相的效應(yīng)，因而在形成電容差值時(shí)已被消除、所檢測到的位號值只有電容差值。
   E+H公司曾做過振動試驗(yàn)，在靠近水泵的鍋爐進(jìn)水管上，安裝了一臺應(yīng)力式流量計(jì)，由于管線的強(qiáng)烈振動，流量計(jì)呈現(xiàn)零漂和信號質(zhì)量差等間題。換上電容式swiNG-wiRL Q型流量計(jì)后，得到的旋渦信號十分清晰，在一個(gè)月的試驗(yàn)中儀表運(yùn)行良好。

3. 3、較強(qiáng)的通用性:
   ①對于所有介質(zhì)和所有公稱通徑的SWINGWIRL，流量計(jì)，均采用同一種圓柱形DSC探頭、探頭插入三角形旋渦發(fā)生體的徑向中心孔內(nèi)規(guī)格相同，這種設(shè)計(jì)使得:儀表在更換DSC探頭時(shí)，不需要重新標(biāo)定，而且又能有效地避開大流量的沖擊。另外，圓柱體的結(jié)構(gòu)耐壓強(qiáng)度高，故在高壓場合也適用。    ②對于所有介質(zhì)和所有公稱通徑的電容式SWINGWIRL B流量計(jì)均采用同一塊前置放大器電路板，這是因?yàn)橛捎贒SC探頭和測量電路基本上不產(chǎn)生噪聲，所以對旋渦的濾波，設(shè)計(jì)成開關(guān)式可選型，這樣在使用時(shí)只需要對7個(gè)開關(guān)進(jìn)行設(shè)定即可。
   ③由上述兩項(xiàng)，因DSC探頭和前置放大器的通用性，便使SWINGWIRL  B也具有整體通用性，所以同一臺儀表可用于液體、氣體和蒸汽等各種介質(zhì)。這是其它流量計(jì)所不具有的。
   ④對于所有介質(zhì)，SWINGWIRL  B出廠前的水標(biāo)定(濕標(biāo)定)所標(biāo)定出的儀表常數(shù)都是準(zhǔn)確可靠的，即水標(biāo)定的儀表常數(shù)可無誤差地用于其他介質(zhì)的測量，儀表常數(shù)與溫度、粘度、比重、氣液相的關(guān)系不大。
   國際儀表用戶協(xié)會(SIREP-WIA)進(jìn)行的一項(xiàng)試驗(yàn)表明，在不同溫度和壓力下用水、丙烷、汽油對SWINGWIRL  B進(jìn)行獨(dú)立的精度測試，在一定精度范圍內(nèi)，儀表常數(shù)相近或相等，證明水標(biāo)的流量計(jì)可用于低粘度液體—儀表常數(shù)與粘度關(guān)系不大。E十H公司又做過另一項(xiàng)試驗(yàn)。先后用水和空氣對同一臺SWING-WIRI_  B標(biāo)定，把結(jié)果畫成曲線進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氣標(biāo)在0. 35%的精度范圍內(nèi)跟蹤著水標(biāo)。說明液相的儀表常數(shù)是可以用于氣相測量的。

3. 4、極高的精度性能指標(biāo):
    ①線性度范圍寬，只要雷諾數(shù)Re,3800就能保證SWINGWIRL  I的線性度，而其它渦街流量計(jì)的Re***小值都不低于5000.
    ②由于DSC探頭中振動舌對旋渦引起的壓力脈沖較敏感，使得其儀表靈敏度高，如測量水時(shí)，***小流速可低至0. 22m/s(壓力脈沖約為lOPa級)***大流速可高達(dá)9m/s(壓力脈沖約為10kPa級)，量程比可高至401，在這個(gè)范圍內(nèi)的信號，DSC探頭完全可以檢測出來，這是其它渦街流量計(jì)所達(dá)不到的。     ③基于上述兩個(gè)原因，SWINGWIRLI的儀表精度是很高的，對于氣體和蒸汽可達(dá)指示值的100，對于液體可達(dá)指示值的。7500，而其它渦街流量計(jì)的精度***好的也是全量程的1.000，這也就是說，在相同量程流量偏低的情況下，其誤差便大得多。

3. 5、優(yōu)越的自我保護(hù)功能:
  ①SWINGWIRL  B流量計(jì)的防爆型式為本質(zhì)安全型，防爆等級Exib B CT6 .
  ②當(dāng)介質(zhì)流速過高時(shí)，旋渦效應(yīng)非常強(qiáng)烈，在SWINGWIRL I中的DSC采用堅(jiān)固耐用結(jié)構(gòu)。諧振頻率高、使得對于高達(dá)150m /s的過高速度其性能指標(biāo)也不會降低。
   ③采用兩線制4 ^- 20mA電流脈沖，使得儀表抗干擾能力強(qiáng)，無信號損失。
   從上述的五點(diǎn)分析看來，由于SWING-WIRL B采用了差動開關(guān)電容做為核心，使其成為渦街儀表家族中技術(shù)***先進(jìn)、性能***全面而且性能/價(jià)格比相當(dāng)合理的新一代流量儀表。

4、電容式渦街流量計(jì)應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析:
  電容式SWINGWIRL H流量計(jì)是高技術(shù)產(chǎn)品，它的應(yīng)用必然會給企業(yè)和社會帶來經(jīng)濟(jì)效益，其效益的來源主要表現(xiàn)在:安裝方面、計(jì)量方面、節(jié)能方面。
4. 1、安裝產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)效益    根據(jù)上面的介紹，SWINGWIRL H的安裝極為簡單，沒有引壓管、變送器、保溫箱、管閥件等附屬設(shè)備，從而使安裝成本壓低到較低限度。另一方面，由于SWINGWIRL d量程比高，使得采用別的儀表分別測大流量和小流量的雙套儀表系統(tǒng)變成一個(gè)系統(tǒng)，這也節(jié)省了大量資金。
4. 2、計(jì)童產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益    因?yàn)镾WINGWIRL d的測量精度可高達(dá)指示值的0. 75%或100，這就使用于廠際計(jì)量方面的儀表的計(jì)量精度大大提高，增加了經(jīng)濟(jì)效益。例如，在計(jì)量出廠蒸汽時(shí)，如果使用孔板(精度為2%滿量程)，儀表量程為。 5ot/h，則在瞬間流量指示為25t/h時(shí)，其誤差為50X20o=It/h。改用SWING-WIRL d(精度為1%指示值)，儀表量程為0. 54^} 63. 7t/h，則在瞬時(shí)流量指示為25t/h時(shí)，其誤差僅為25 X 1 0 o =0. 25t/h。其中利弊可見一斑。
4. 3、減少壓力損失節(jié)約能耗帶來的效益。 由于儀表的壓力損失會導(dǎo)致能量損失，而SWINGWIRL d的壓損較小，因而能耗也小，下面舉例與孔板相比較。    〔例〕已知條件:38℃的水、流量342m3/h。選用(1)SWINGWIRL d電容式渦街流量計(jì)，DN200口徑;<2)節(jié)流孔板俘= 0. 689h = 50kPa如果泵與電動機(jī)的效率為8000.每千瓦時(shí)電費(fèi)為0. 25元。

    求，在兩種情況下的能耗費(fèi)用。    計(jì)算(1) SWINGWIRL B的壓力損失Op,:根據(jù)R. W. Miller的《流量工程手冊》

    可見，一年的能耗費(fèi)已遠(yuǎn)大于swlNC-wiRL H電容式渦街流量計(jì)與孔板加變送器的系統(tǒng)購置差價(jià)。

廠家價(jià)格：

價(jià)格	¥ 850.00~97800.00元
起批量	≥1 臺

規(guī)格參數(shù)：

加工定制	是	品牌	DETAIR	型號	LUGE2405EP1
類型	流體振蕩式流量計(jì)	測量范圍	380（m3/h）	精度等級	1.5
公稱通徑	50（mm）	適用介質(zhì)	氣	工作壓力	2.5（MPa）
工作溫度	260（℃）

智能壓電式/電容式渦街流量計(jì)

LUGE2405EP1電容式渦街流量計(jì),高溫和震動大的蒸汽流量計(jì)量DN50

    溫壓補(bǔ)償一體化渦街流量計(jì)可以替換在現(xiàn)場無法正常工作的分流旋翼式蒸汽流量計(jì)，現(xiàn)場液晶表頭顯示瞬時(shí)流量、累積流量,切換顯示實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)壓力、有溫度、壓力補(bǔ)償功能，在測量氣體、蒸汽時(shí)，根據(jù)實(shí)測溫度、壓力進(jìn)行查表方式補(bǔ)償，保證流量不受溫度、壓力變化，引起汽體密度的變化而影響流量計(jì)準(zhǔn)確性。在飽和蒸汽和過熱蒸汽轉(zhuǎn)換狀態(tài)下可自動切換。***大工作壓力：4Mpa ；***大工作溫度450℃。使用這種流量計(jì)可以大大提高計(jì)量的準(zhǔn)確度。替代無法正常使用的旋翼式蒸汽流量計(jì)。

 

 

    采用一體化結(jié)構(gòu)的渦街流量計(jì)是集成了渦街流量傳感器，壓力變送器，溫度傳感器三種傳感器于一體，所測量信號經(jīng)流量計(jì)信號處理電路采用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測量精度高?？梢詢?nèi)置鋰電池供電或者24VDC供電。渦街流量計(jì)的***大優(yōu)點(diǎn)是壓電晶體內(nèi)置在漩渦發(fā)生體內(nèi)，避免外置式引起流體擾動，無零點(diǎn)漂移，可靠性高。具有RS-485 接口、Hart協(xié)議、ModBus 協(xié)議的可選通訊功能，有著非常穩(wěn)定的零點(diǎn)和精度。

 

   傳感器口徑：DN15 – DN300 （插入式為DN250 – DN12OO ) ，廣泛應(yīng)用于測量過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體及液體的體積流量。測量流體：飽和蒸汽、過熱蒸汽、氣體、液體（避免多相流）

 

 

部分：概述• 產(chǎn)品的種類和適用范圍

 

•  LUGB 系列滿管型壓電式渦街流量儀表 •  LUGB 系列插入型壓電式渦街流量儀表 •  LUGE 系列滿管型電容式渦街流量儀表 •  LUGE 系列插入型電容式渦街流量儀表 •  LUGB/E 系列電池供電型渦街流量儀表 •  潛水型 / 分體型渦街流量儀表（協(xié)議訂貨） •  多功能曲線紀(jì)錄積算儀，帶 P/T 補(bǔ)償功能、中文液晶顯示 •  智能流量積算儀，數(shù)碼管顯示 LUGB/E 型渦街流量儀表廣泛適用于石油 、 化工 、冶金、 熱力 、 紡織 、 造紙等行業(yè)對過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體 ( 氧氣、氮?dú)鈿錃?、天然氣、煤氣?) 、水和液體（如：水、汽油、酒精、苯類等）的計(jì)量和控制 .

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，如圖 ( 一 ) 所示。

 

 

 

 

圖 ( 一 )

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 V ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為 d ，表體通徑為 D ，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式 :

 

f=StV/d 公式 (1)

 

式中：

 

f －發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門旋渦頻率

 

St －斯特羅哈爾數(shù)（無量綱數(shù)）

 

V －流體的平均流速

 

d －旋渦發(fā)生體的寬度

 

由此可見，通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時(shí)流量。其中 , 斯特羅哈爾數(shù)（ St ）是無因次未知數(shù)，

 

圖（二）表示斯特羅哈爾數(shù)（ St ）與雷諾數(shù)（ Re ）的關(guān)系。

 

概 述

 

 

 

圖（二）

 

在曲線表中 St ＝ 0.17 的平直部分，漩渦的釋放頻率與流速成正比 , 即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率 f 就可以求得管內(nèi)流體的流速，由流速 V 求出體積流量。所測得的脈沖數(shù)與體積量之比，稱為儀表常數(shù)（ K ），見式（ 2 ）

 

K ＝ N/Q （ 1/m 3） 公式（ 2 ）

 

式中： K ＝儀表常數(shù)（ 1/m3 ）。

 

N ＝脈沖個(gè)數(shù)

 

Q ＝體積流量（ m3 ）

 

主要技術(shù)指標(biāo)表 ( 一 )

 

第二部分 : 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計(jì)

 

儀表選型是儀表應(yīng)用中非常重用的工作 , 儀表選型的正確與否將直接影響到儀表是否能夠正常運(yùn)行 . 因此用戶和設(shè)計(jì)單位在選用本公司產(chǎn)品時(shí) , 請仔細(xì)閱讀本節(jié)資料 , 認(rèn)真核對 流體的工藝參數(shù) 并 隨時(shí)可與我公司的銷售或技術(shù)支持部門聯(lián)系，以確保選型正確。

 

儀表口徑的選擇，根據(jù)流量范圍來確定。不同口徑渦街流量儀表的測量范圍是不一樣的。即使同一口徑流量表，用于不同介質(zhì)時(shí)，它的測量范圍也是不一樣的。實(shí)際可測的流量范圍需要通過計(jì)算確定。

 

( 一 ) 參比條件下空氣及水的流量范圍，見表（二）， 參比條件如下：

 

1 ．氣體： 常溫常壓空氣， t= 20℃ ， P=0.1MPa （絕壓）， ρ= 1.205 kg /m 3 ， υ=15×10 -6 m 2 /s 。

 

2 ．液體： 常溫水， t= 20℃ ， ρ= 998.2kg /m 3 ， υ=1.006×10 -6 m 2 /s 。

 

（二）確定流量范圍和儀表口徑的基本步驟：

 

1 ． 明確以下工作參數(shù)。

 

（ 1 ）被測介質(zhì)的名稱、組份

 

（ 2 ）工作狀態(tài)的***小、常用、***大流量

 

（ 3 ）介質(zhì)的較低、常用、***高壓力和溫度

 

（ 4 ）工作狀態(tài)下介質(zhì)的粘度

 

2 ． 渦街流量儀表測量的是介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量，因此應(yīng)先根據(jù)工藝參數(shù)求出介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量 , 相關(guān)公式如下：

 

（ 1 ）已知?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，可通過以下公

 

式求出工況體積流量

 

 公式（ 3 ）

 

(2) 已知?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度ρ，可通過以下公

 

式求出工況密度

 

 公式（ 4 ）

 

（ 3 ）已知質(zhì)量流量 Q m 換算為體積流量 Q v

 

 公式（ 5 ）

 

式中：

 

Q v ： 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的體積流量 (m 3 /h)

 

（ Q v = 3600f /K K: 儀表系數(shù) ）

 

Q o ： 介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量 (Nm 3 /h)

 

Q m ： 質(zhì)量流量 (t/h)

 

ρ： 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的密度 (kg/m 3 )

 

ρ o ：介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度 (kg/m 3 ) ，常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度，見表（三）

 

P ： 工況狀態(tài)表壓 (MPa)

 

t ： 工況狀態(tài)溫度 (℃)

 

3 ．儀表下限流量的確定。渦街流量儀表的上限適用流量一般可不計(jì)算，渦街流量儀表口徑的選擇主要是對流量下限的計(jì)算。下限流量的計(jì)算應(yīng)該滿足兩個(gè)條件：***小雷諾數(shù)不應(yīng)低于界限雷諾數(shù)（ Re=2×10 4 ）；對于應(yīng)力式渦街流量儀表在下限流量時(shí)產(chǎn)生的旋渦強(qiáng)度應(yīng)大于傳感器旋渦強(qiáng)度的允許 值（旋渦強(qiáng)度與升力 ρ v 2 成比例關(guān)系）。這些條件可表示如下：

 

由密度決定的工況可測下限流量：

 

 

 

由運(yùn)動粘度決定的線性下限流量：

 

 公式（ 7 ）

 

式中：

 

Q ρ ：滿足旋渦強(qiáng)度要求的***小體積流量 (m 3 /h)

 

ρ 0 : 參比條件下介質(zhì)的密度  

 

Q υ : 滿足***小雷諾數(shù)要求的***小線性體積流量 (m 3 /h)

 

ρ : 被測介質(zhì)工況密度（ kg/m 3 ）

 

Q 0 : 參比條件下儀表的***小體積流量

 

(m 3 /h)

 

υ : 工作狀態(tài)下介質(zhì)的運(yùn)動粘度 (m 2 /s)

 

υ o : 參比條件下介質(zhì)的 運(yùn)動粘度 (m 2 /s)

 

通過 公式（ 6 ）、（ 7 ）計(jì)算出 Q ρ 和 Q ν 。 比較 Q ρ 和 Q ν ， 確定流量儀表可測下限流量和線性下限流量：

 

Q υ ≥ Q ρ ：可測流量范圍為 Q ρ ～ Qmax , 線性流量范圍為 Q υ ～ Qmax

 

Q υ < Q ρ ：可測流量范圍和 線性流量范圍為

 

Q ρ ～ Qmax

 

Qmax ：渦街流量儀表的上限體積流量 (m 3 /h)

 

公式（ 6 ） 4 ．儀表上限流量以表 ( 二 ) 中的上限流量為準(zhǔn) . 氣體的上限流速應(yīng)該小于 70m /s, 液體的上限流速應(yīng)該小于 7m /s
5 ． 當(dāng) 用戶測量的介質(zhì)為蒸汽時(shí)，常采用的計(jì)量單位是質(zhì)量流量，即： t/h 或 Kg/h 。由于蒸汽（過熱蒸汽和飽和蒸汽）在不同溫度和壓力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范圍的確定可由公式 (8) 進(jìn)行計(jì)算得出

 

 公式（ 8 ）

 

式中：

 

ρ ： 蒸汽的密度（ kg/m 3 ）

 

ρ 0 ： 1.205kg /m 3

 

Q 蒸汽 ：蒸汽質(zhì)量流量（ t/h ）

 

6 ．計(jì)算壓力損失，檢測 壓力損失對工藝管線是否有影響 ，公式 ( 單位： Pa) ：

 

Δ p= Cd ρ V 2 /2 公式（ 9 ）

 

式中：

 

ρ ：工況介質(zhì)密度（ kg/m 3 ） V: 平均流速（ m/s ）

 

7 ． 被測介質(zhì)為液體時(shí) , 為防止氣化和氣蝕 , 應(yīng)使管道壓力符合以下要求 :

 

p ≥ 2.7 Δ p+1.3p 0 公式（ 10 ）

 

式中：

 

Δ p: 壓力損失（ Pa ）

 

p 0 ：工作溫度下液體的飽和蒸汽壓（ Pa 絕壓）

 

Po: 流體的蒸汽壓力 (Pa 絕壓 )

 

8 ． 渦街流量計(jì)不適合測量高粘度液體。當(dāng)計(jì)算出的可測流量下限不滿足設(shè)計(jì)工藝要求時(shí)，應(yīng)該考慮選用其它類型流量計(jì)。

 

9 ．通過計(jì)算如果有兩種口徑都可滿足要求，為了提高測量效果、降低造價(jià)，應(yīng)選用口徑較小的表。應(yīng)該注意的是，盡可能使常用量處在流量范圍上限的 1/2 ～ 2/3

 

Δ p: 壓力損失（ Pa ） Cd ：壓力損失系數(shù)

 

表 ( 二 ) 　　參比條件下渦街流量傳感器工況流量范圍表

 

注：表中 (300) ～ (1000) 口徑為插入式

 

表 ( 三 ) 　常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度（ 0℃ ，絕壓 P=0.1MPa ）

 

( 三 ) 選型舉例：

 

例一：已知?dú)怏w壓力和溫度及標(biāo)況下的流量時(shí)

 

某壓縮空氣，標(biāo)況流量范圍為 Q N =1 200-12000Nm 3 /h , 壓力 P=0.7Mpa( 表壓 ) ，溫度 t= 30℃ 。試確定流量計(jì)口徑。

 

步驟一：計(jì)算壓縮空氣的工況體積流量

 

由公式 (3):

 

工況使用下限體積流量為 :

 

Q vmin =Q N ×0.101325×(273.15+t)/293.15/ （ P +0.1 ）

 

=1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/ （ 0.7 +0.1 ）

 

=157(m 3 /h)

 

工況使用流量上限為 : Q vmax =1570(m 3 /h)

 

步驟二：根據(jù)使用工況流量范圍 157 -1570m 3 /h ，查表（二），滿足下限流量條件的流量計(jì)為 DN80 、 DN100 和 DN125 ，考慮到上限流量 1270m 3 /h 及使用效果和經(jīng)濟(jì)成本，初選 DN100, DN100 流量計(jì)的工況流量范圍是 100 -1700m 3 /h ，接近使用流量范圍，初選 DN100 流量計(jì)，但應(yīng)具體核算 DN100 流量計(jì)在該工況條件下的可測下限流量。核算 DN100 流量計(jì)在該工況條件下的可測下限流量：

 

由公式 (4) 及公式 (6):

 

 

 

 

 

=37.46(m 3 /h)

 

即，流量計(jì)在該工況條件下的可測下限流量是

 

37.46m 3 /h ，遠(yuǎn)小于要求的工況下限流量 157m 3 /h ，確定選用 DN100 流量計(jì)。

 

例二：已知蒸汽壓力和溫度及工況流量時(shí)

 

測量介質(zhì)為過熱蒸汽，蒸汽溫度為 320 ℃ ，壓力為 1.5MPa （絕壓） , 流量范圍為 3t/h ～ 25t/h, 試 確定流量計(jì)口徑。

 

步驟一：計(jì)算蒸汽的等效空氣參比條件下的體積流量范圍，經(jīng)查附表 ( 二 ), 該狀態(tài)下蒸汽的密度為 : 5.665Kg /m 3 , 由公式 (8) :

 

 

 

 

 

=765(m 3 /h)

 

 6379(m 3 /h)

 

步驟二：根據(jù)等效參比流量范圍 765 -6379m 3 /h ，查表（二），比較適合該流量范圍為 DN200 口徑。

 

二．儀表的安裝設(shè)計(jì)

 

儀表的正確安裝是保障儀表正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，若安裝不當(dāng)，輕則影響儀表的使用精度，重則會影響儀表的使用壽命，甚至?xí)p壞儀表。

 

安裝環(huán)境要求：

 

盡可能避開強(qiáng)電設(shè)備、高頻設(shè)備、強(qiáng)開關(guān)電源設(shè)備。儀表的供電電源盡可能與這些設(shè)備分離。

 

避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹闹苯佑绊?。若必須安裝，須有隔熱通風(fēng)措施。

 

避開高濕環(huán)境和強(qiáng)腐蝕氣體環(huán)境。若必須安裝，須有通風(fēng)措施。

 

渦街流量儀表應(yīng)盡量避免安裝在振動較強(qiáng)的管道上。若必須安裝，須在其上下游 2D 處加設(shè)管道緊固裝置，并加防振墊，加強(qiáng)抗振效果。

 

儀表***好安裝在室內(nèi)，安裝在室外應(yīng)注意防水，特別注意在電氣接口處應(yīng)將電纜線彎成 U 形，避免水順著電纜線進(jìn)入放大器殼內(nèi)。

 

儀表安裝點(diǎn)周圍應(yīng)該留有較充裕的空間，以便安裝接線和定期維護(hù)。

 

儀表管道安裝要求：

 

渦街流量儀表對安裝點(diǎn)的上下游直管段有一定要求，否則會影響介質(zhì)在管道中的流場，影響儀表的測量精度。儀表的上下游直管段長度要求見圖 ( 三 )

 

DN 為儀表工稱口徑 單位 :mm

 

圖 ( 三 )

 

注 : 調(diào)節(jié)閥盡可能不安裝在渦街流量儀表的上游 , 而應(yīng)安裝在渦街流量儀表的下游 10D 處。

 

上、下游配管內(nèi)徑應(yīng)相同。如有差異，則配管內(nèi)徑 Dp 與渦街儀表表體內(nèi)徑 Db, 應(yīng)滿足以下關(guān)系

 

0.98Db≤Dp≤1.05Db

 

上、下游配管應(yīng)與流量儀表表體內(nèi)徑同心，它們之間的不同軸度應(yīng)小于 0.05Db

 

儀表與法蘭之間的密封墊，在安裝時(shí)不能凸入管內(nèi)，其內(nèi)徑應(yīng)比表體內(nèi)徑大 1 -2mm

 

測壓孔和測溫孔的安裝設(shè)計(jì)。被測管道需要安裝溫度和壓力變送器時(shí)，測壓孔應(yīng)設(shè)置在下游 3-5D 處，測溫孔應(yīng)設(shè)置在下游 6-8D 處，見圖（七）。 D 為儀表工稱口徑，單位： mm

 

儀表在在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝。

 

測量氣體時(shí)，在垂直管道安裝儀表，氣體流向不限。但若管道內(nèi)含少量液體，為了防止液體進(jìn)入儀表測量管，氣流應(yīng)自下而上流動，如圖（四） a 所示

 

測量液體時(shí)，為了保證管內(nèi)充滿液體，所以在垂直或傾斜管道安裝儀表時(shí)，應(yīng)該保證液體流動方向從下而上。若管道內(nèi)含少量氣體，為了防止氣體進(jìn)入儀表測量管，儀表應(yīng)安裝在管線的較低處

 

如圖（四） b 所示

 

 

 

圖（四）

 

測量高溫、低溫介質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意保溫措施。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部（表頭殼體內(nèi)）高溫一般不應(yīng)超過 70 ℃ ；低溫易使轉(zhuǎn)換器內(nèi)部出現(xiàn)凝露，降低印制電路板的絕緣阻抗，影響儀表正常工作。

 

•  圖（五）儀表的安裝外形尺寸：見圖（五）、圖（六）

圖（五）

 

 

 

( 五 ) 壓力變送器和 Pt100 安裝示意圖

 

 

 

球閥插入式渦街儀表安裝定位尺寸

 

表（五） 

 

 

 

 

在管道上用氣焊開一個(gè)略小于φ 100mm 的圓孔，并把圓孔周圍毛刺清除干凈，以保證測頭旋轉(zhuǎn)流利

 

• 在管道圓孔處焊上廠家提供的法蘭，要求法蘭軸線與管道軸線垂直。 將球閥及傳感器安裝在焊接好的發(fā)蘭上。

 

調(diào)節(jié)絲杠，使插入深度符合要求（保證測頭中心軸線和管道中心軸線重合），流體流向必須與方向標(biāo)上的指示箭頭保持一致。

 

均勻擰緊壓蓋上的螺絲。 ( 注：壓蓋的松緊程度決定儀表的密封程度和絲杠能否旋動 )

 

儀表配線設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)置

第三部分 : 儀表配線設(shè)計(jì)

 

一 . 輸出頻率信號的三線制渦街流量儀表配線設(shè)計(jì)

 

輸出頻率信號的三線制流量傳感器采用 DC24V 或 DC12V 電源供電，一般通過三芯屏蔽電纜線 (RWP3 × 0.5mm ) 與顯示儀表或計(jì)算機(jī)相連，屏蔽層應(yīng)可靠地接到放大器殼的接地螺絲上。屏蔽電纜線的選擇應(yīng)適合現(xiàn)場環(huán)境要求，另外屏蔽電纜線要與其它強(qiáng)功率電力線分離，不能平行走線。傳感器端子接線見圖（八）

 

 

 

二．輸出標(biāo)準(zhǔn) 4 ~ 20mA 電流信號的兩線制渦街流量儀表配線設(shè)計(jì)

 

輸出標(biāo)準(zhǔn) 4 ~ 20mA 電流信號的兩線制變送器采用 DC24V 電源供電，一般通過兩芯屏蔽電纜線 (RWP3 × 0.5mm ) 與顯示儀表或計(jì)算機(jī)相連，屏蔽層應(yīng)可靠地接到放大器殼的接地螺絲上。屏蔽電纜線的選擇應(yīng)適合現(xiàn)場環(huán)境要求，另外屏蔽電纜線要與其它強(qiáng)功率電力線分離，不能平行走線。變送器端子接線見圖（九）

 

 

 

三．帶 RS-485 通訊接口功能的渦街流量儀表配線設(shè)計(jì)

 

帶 RS-485 通訊功能的渦街流量儀表采用 DC24V 電源供電，與其它設(shè)備之間采用四線制傳輸方式。儀表

 

端子接線見圖（十）

 

 

 

  

四．防暴型渦街流量儀表配線設(shè)計(jì)

 

LUGB/E 三線制脈沖輸出型渦街流量儀表與 LB978 齊納安全柵相連、 LUGB/E 兩線制標(biāo)準(zhǔn) 4 ~ 20mA 電流輸出 型渦街流量儀表與 LB987S 齊納安全柵相連可構(gòu)成本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)，產(chǎn)品防爆標(biāo)志為 Ex ia Ⅱ CT2-T5 。本安防爆型渦街流量傳感器 / 變送器與防爆安全柵和積算系統(tǒng)等關(guān)聯(lián)設(shè)備的接線性請參看防爆安全柵廠家提供的接線說明和以下所示圖（十一），圖（十二）。

 

 

 

 

 

圖（十二）

 

 

（ 1 ）防爆型傳感器和變送器安裝于危險(xiǎn)場所，安全柵、顯示儀表、供電電源，計(jì)算機(jī)等關(guān)聯(lián)設(shè)備必須安裝在安全場所。

 

（ 2 ）傳感器和變送器應(yīng)有可靠接地，防爆地線不得與強(qiáng)電系統(tǒng)保護(hù)接地共用。

 

五．兩線制液晶顯示表頭參數(shù)設(shè)置操作說明

 

1 、面板按鍵說明

 

 進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài) / 翻頁 / 確認(rèn)寫入

 

 

 

數(shù)字左移 / 設(shè)置小數(shù)點(diǎn) / 清零

 

 

 

數(shù)字由 0-9 循環(huán) / 標(biāo)志位切換 / 瞬時(shí)流量和累計(jì)流量切換

 

 返回

 

2 、顯示窗字符說明

 

液晶顯示標(biāo)志字符定義見表（一）： 表（一 )

 

3 、操作說明：

 

本儀表表頭操作界面采用菜單形式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，框圖如下：

 

Y

 

3 ． 1 儀表出廠前已將各參數(shù)根據(jù)用戶訂貨要求設(shè)置完畢，用戶無須設(shè)置。如用戶需要改變量程，請按下述方法設(shè)定。例如，φ 600 插入式流量表，原滿度流量為 50000m 3 /h ，頻率為 694.4Hz 。滿度流量現(xiàn)改為 70000m 3 /h ，頻率為 972.2Hz 進(jìn)入每項(xiàng)流量參數(shù)設(shè)置頁后，其右端標(biāo)志字符均進(jìn)行閃動提示，每項(xiàng)參數(shù)設(shè)置完畢后，必須按 SET 鍵確認(rèn)才能寫入存儲。

 

 

3 ． 3 線性修正設(shè)置說明

 

在菜單選擇項(xiàng)狀態(tài)，步驟（四），調(diào)整該項(xiàng)值為“ 03 ” ，進(jìn)入 線性修正菜單

 

線性修正項(xiàng)：若“ AA ”閃動，代表儀表工作在線性修正狀態(tài)，若“ P ”閃動，代表儀表工作在非修正狀態(tài)，須輸入認(rèn)證碼進(jìn)入修正參數(shù)設(shè)置菜單。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，通行碼不對用戶開放。按→鍵可以返回菜單選擇項(xiàng)。

 

P 0 0 0 0 0 0

EE

 

（ 十 ）

 

3 ． 4 小流量切除說明

 

當(dāng)安裝儀表現(xiàn)場的管道振動過大，無實(shí)際流量而有干擾信號輸出，可以采用小流量切除功能將干擾信號切除，切除信號頻率范圍一般要求低于儀表的下限量程，具體設(shè)置因情況而定。

 

溫壓補(bǔ)償一體化智能表頭操作說明

• 鍵盤按鍵說明

 

表（一）

 

二、 顯示窗字符說明

 

工作狀態(tài)液晶顯示標(biāo)志字符定義見表（二）： 表（二 )

 

參數(shù)設(shè)置狀態(tài) 液晶顯示標(biāo)志字符定義見表（三）： 表（三）

 

注：表中 x 代表“ 0 ”或“ 1 ”； Zn ：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（ 20 ℃， 1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 ），被測氣體的壓縮系數(shù)， Z ：工作狀態(tài)下被測氣體的壓縮系數(shù)

 

三、 操作說明

 

1 、 本儀表表頭采用自導(dǎo)引式和菜單式相結(jié)合的參數(shù)設(shè)置方式，所謂自導(dǎo)引式參數(shù)設(shè)置方式就是用戶在進(jìn)入菜單 00 項(xiàng)后，表頭中的微電腦會自動導(dǎo)引用戶去設(shè)置需要設(shè)置的參數(shù)。另外，用戶也可以通過菜單模式分別對各組參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。蒸汽測量菜單框圖如下：

 

 

 

 

 

注：

 

1 、補(bǔ)償模式 dx ，在氣體測量菜單中的標(biāo)識符為 d ，代表意義為：氣體對比壓縮系數(shù)，默認(rèn)值為 1

 

2 、如果用于測量蒸汽，

 

菜單 00 項(xiàng)會根據(jù)所設(shè)置的補(bǔ)償模式的不同而自動導(dǎo)引其它設(shè)置參數(shù)項(xiàng)

 

 

 

 

2 、 參數(shù)設(shè)置約定：在設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)時(shí)，提示符閃動代表該項(xiàng)參數(shù)沒有設(shè)置完或者尚未確認(rèn)，可以通過按 SET 鍵來確認(rèn)或者按 鍵退出；提示符不閃動代表該項(xiàng)參數(shù)已設(shè)置完并確認(rèn)，此時(shí)可以通過按 SET 鍵翻頁或者按 鍵退出。進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置時(shí)，需要輸入密碼（ 6 位）并確認(rèn)進(jìn)入，為了防止誤進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置菜單，保證儀表正常工作，在設(shè)置密碼時(shí)，使用 鍵調(diào)數(shù)時(shí)不能循環(huán)調(diào)數(shù)，只能單次調(diào)數(shù)，只有密碼輸入正確進(jìn)入各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置菜單后才可以對各位循環(huán)連續(xù)調(diào)整數(shù)據(jù)。

 

 

 

3 、儀表參數(shù)設(shè)置舉例：

 

儀表出廠前各項(xiàng)參數(shù)已設(shè)置好，用戶無需設(shè)置。如果用戶需要設(shè)置某項(xiàng)參數(shù)，請參照以下步驟，例如修改刻度流量值 QT:

 

 

 

 

 

 

 

 

另外，單位設(shè)置 U.X 和補(bǔ)償方式設(shè)置 dX 通過↑鍵調(diào)整修改。

 

4 、校驗(yàn)項(xiàng)說明 : 儀表出廠前，溫度和壓力通道已校驗(yàn)設(shè)置好，無需用戶重新校驗(yàn)。校驗(yàn)通道有密碼保護(hù)，廠家不對外開放，如果需要重新校驗(yàn)溫度或者壓力通道，請專業(yè)人員與廠家技術(shù)人員聯(lián)系。

 

四、計(jì)算公式說明

 

1 、蒸汽測量計(jì)算公式

 

（ 1 ）渦街流量儀表工況體積流量計(jì)算公式： 

 

（ 2 ）密度 d ，單位 Kg/m 3

 

（ 3 ）質(zhì)量流量計(jì)算公式，單位 Kg/h ： 

 

(4) 質(zhì)量流量計(jì)算公式，單位 t/h ：

 

1 、氣體測量計(jì)算公式 —- 標(biāo)況指 20 ℃ ， 1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

 

（ 1 ）渦街流量儀表工況體積流量計(jì)算公式： 

 

（ 2 ）對比壓縮系數(shù) d （ Zn/Z ） ，單位 1

 

（ 3 ）標(biāo)況流量計(jì)算公式，單位 Nm 3 /h ： 

 

P1— 工況絕壓， PN— 標(biāo)況絕壓（ Mpa ）， Z1— 工況熱力學(xué)溫度， ZN— 標(biāo)況熱力學(xué)溫度 (K)

 

(4) 質(zhì)量流量計(jì)算公式，單位 t/h ： 

 

訂貨須知及選型樣譜

一．尊敬的用戶，當(dāng)您要選用本公司產(chǎn)品時(shí)，請仔細(xì)閱讀選型樣本，并做好以下工作：

 

1 ．認(rèn)真核對被測介質(zhì)的工況條件：溫度、壓力、管徑等工藝參數(shù)。 2 ．認(rèn)真核對被測介質(zhì)的使用流量范圍，特別是***小流量值以***終確定使用儀表的口徑及配管參數(shù)。 3 ．確定儀表的安裝地點(diǎn)，保證直管段，并為儀表的安裝維護(hù)創(chuàng)造好的環(huán)境條件。 4 ．填好訂貨咨詢單，見附表三

 

二．渦街流量儀表選型表 （符合 JB/T9294-1999 標(biāo)準(zhǔn)）

 

1 ． 傳感器選型表

 

LUGB/E 系列渦街流量儀表選型表

 

2. 傳感器的公稱通徑編號對照表

 

 

 

公稱通徑 DN   mm	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250
標(biāo)記號	02	03	04	05	06	08	10	12	15	20	25
公稱通徑 DN   mm	300	350	400	450	500	600	700	800	1000	1200	1500
標(biāo)記號	30	35	40	45	50	60	70	80	A0	A2	A5

5、結(jié)束語：
  綜上所述，從價(jià)值工程的角度出發(fā)選用高性價(jià)比的產(chǎn)品，是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，提高自動化水平的***佳選擇。