说一说涡街流量计现场标定

介绍

　　空气吹过烟囱，流经码头的河流将在烟囱和码头后面形成一个漩涡。涡流会引起振动。空气和河流的振动可能导致烟囱和码头产生共振，导致烟囱破裂，码头坍塌，给人们的生产和生活带来巨大损失。这就是Kamen Vortex在自然界中的存在。美国匈牙利科学家卡尔曼1906年在德国哥廷根大学的助教期间，协助德国的普拉特教授进行Haymenz水槽测试。他发现水流过水槽的圆筒和圆筒后面。产生两个规则的涡旋，涡旋是反对称的，涡旋的动量与阻力有关。由于卡门的发现和对这种自然现象的深入研究，上述涡旋现象被定义为卡门涡街。

　　卡门涡街不是一个巨大的破坏力量。人们利用Kamen涡街的规律来研究和制造涡街流量计。涡街流量计主要用于测量封闭的管道流量，可以测量气体，液体和蒸汽。涡街流量计结构紧凑，无活动部件，压力损失小，比范围宽，精度高，安装方便，维护量小。它正在逐步取代传统的差压流量计和容积式仪表，成为市场的主流。测量。涡街流量计由传感器和传感器组成。传感器可以从各种传感器中选择，例如压电应力，电容和光纤。压电应力涡旋传感器应用是应用最广泛的，技术成熟度和产品稳定性也是最高的。该传感器可在-20°C~ + 250°C的中温范围内工作，可输出模拟信号，也可输出脉冲信号。通过涡街转换器进行信号处理，产品可以输出标准的4~20mA信号和脉冲信号，有些厂家还可以有FF总线或PA总线输出，有RS485接口产品。通过这些输出信号，可以用PLC或DCS系统实现数据传输。具有RS485接口的产品还可以配合无线传输设备，实现仪器数据的远程无线传输管理，给用户带来极大的便利。

一、涡街流量计的工作原理，涡街流量计的分类和温度和压力补偿涡街的发展

1.1涡街流量计原理

　　涡街流量计也称为卡门涡街流量计和涡街流量计。它是由Karman涡旋原理制造的流量测量仪器。发电机安装在测量管中。当介质流过发生体时，它会在身体发生后旋转。涡流，涡流的频率f与介质的流速v成比例，并且通过检测频率来实现测量流速的目的。涡街流量计示意图，如图1所示。

涡街流量计示意图

　　涡街流量计的计算公式如下：f = st * v / d

　　（f：频率Hz; st：Strouhal系数，无量纲; v：流速，单位m / s; d：涡流发生器宽度，单位m）

　　St是Strouhal系数，是雷诺数的函数。当雷诺数Re> 2 * 104 <7 * 106时，可以认为它是固定常数。因此，通过检测频率f，可以检测流速v，并且在检测到流速v之后，可以通过该公式计算介质体积流量或质量流量。

　　体积流量计算公式：q = v * A（q：体积流量，管道横截面积）

　　质量流量计算公式：Q = 3600 * v * A *ρ（Q：质量流量;ρ：中密度）

1.2涡街流量计分类

　　根据与管道的连接，可分为法兰式，夹式或插入式。

　　根据传感器类型，测量热类型，应力类型，电容类型，应变类型，超声波类型，振动体类型，光电类型和光纤类型。根据防爆类型，分为非防爆型，本安型，防爆型和复合防爆型。

　　目前，国内外大多数应用都是应力式，管道式涡街流量计。

1.3开发温度和压力补偿涡街流量计

　　涡街流量计原理介绍涡街流量计可以测量介质的质量流量。对于液体介质或密度变化很小的介质，由涡街流量计计算的质量流量具有高精度。然而，在实际使用中，尤其是气体或蒸汽的测量时，由于工作温度和压力的波动，介质密度波动很大，因此由涡旋流量计测量的质量流量误差很大。可以看出，有必要校正由涡旋流量计测量的介质密度。这需要涡街流量计集成温度和压力信号，并在线校正温度和压力，以确保质量流量输出的准确性。集成在一台仪器中的温度，压力和流量的集成结构是最佳选择。目前，国外一些知名厂商，少数国内厂商可以生产带温度和压力补偿的集成涡街流量计。过程管道上的温度传感器和压力传感器用于将温度和压力信号传输到流量计算机。质量流量低于积分精度。温度和压力补偿涡街流量计[3]。集成的温度和压力补偿涡街流量计是未来涡街流量计的发展方向。集成温度和压力补偿涡街流量计的示意图如图2所示。

集成温度和压力补偿涡街流量计示意图

二、涡街流量计校准，验证方法

　　大多数涡流的制造和验证单元都通过标准表方法进行标记和验证。标准流量计方法使用涡轮流量计，质量流量计，声波喷嘴等作为标准流量计，并将检测到的仪器连接到检测装置，并通过标准流量计校准和验证测量仪器，并进行比较测量仪器与标准。仪表的读数用于确定被测量仪表的偏差然后进行调整[4]。

2.1标准表法校准装置的优点

1）标准表面法装置体积小，重量轻，结构简单，操作方便，制造和维护成本低。

2）标准仪表装置可用于校准液体或气体介质的流量。

3）标准流量计的流量计与流量计串联安装，在同一测量系统中进行测试。标准仪表与待测仪表之间的距离很小，时间误差可以忽略不计。

4）标准表选择有多种类型，如电磁流量计，超声波流量计，涡轮流量计，质量流量计等，选择空间大。

2.2标准表法校准装置的缺点

1）标准表需要根据计量部门的要求定期检查。只有合格才能用于测试;企业自身也必须不时进行自检，以确保标准仪表和设备在使用过程中的性能。

2）标准表法校准设备应在仪器标准化过程中校正校准介质的温度和压力，以保证校准精度。

3）标准表方法设备系统的准确性受标准表的准确性的影响很大。

三、影响涡街流量计使用精度的3个因素

　　涡街流量计自身的传感器和转换器的性能决定了该产品的性能。但是，仪器的安装和使用因素也会影响仪器的性能。为确保涡街流量计的准确性，安装和使用具有以下要求。

1）建议将涡街流量计安装在水平或垂直管道中，并确保管道充满介质。

2）涡街流量计对直管段前后的要求较高。一般要求大于前20D和后5D（D管直径）。

3）涡街流量计应尽可能安装在振动较大的地方，尽可能远离泵和阀门，必要时应做适当的管道支撑。

4）涡街流量计的安装位置应远离强磁场或强电场的干扰。

5）确保涡旋流量计旋转涡流发生器位于上游表面上。

6）涡街流量计转换器使用的环境温度通常为-40°C~85°C，根据实际情况配备保温箱或防晒罩。

　　涡街流量计安装示意图[3]，如图3所示。

涡街流量计安装图

直管要求

涡街流量计直管段安装图

　　图3涡街流量计安装说明

1、一般入口直管段无干扰≥20DN

2、调节阀门后2≥50DN

3、收缩后≥20DN

4、90°C弯头后≥20DN

5、两个90°C弯头后≥30DN

6、两个三维90°C弯头≥40DN

四、自定义调整涡街流量计

　　由于涡街流量计测量原理，传感器类型，校准装置，出于安装和使用等原因，当涡街流量计到达用户现场或计量站时，出厂校准精度可能会偏离用户的现场标准表或测量验证结果。此时，仪器系数应在现场调整。满足用户或计量机构的验证要求。定制调整有以下两种情况：

1）仪表整体的正偏差或负偏差。如果仪表具有总体正偏差或负偏差只需调整仪表系数即可。公式如下：

　　Knew = Kold×（Q计显示流量）/（Q标准流量）

2）仪器超出公差范围。非线性超调意味着涡流流量计在不同流速下的误差为正和负，并且不满足精度。这个问题的主要原因可能是仪器的仪表直径与检查的管段长度之间存在差异，或者检查的雷诺数和制造商校准的雷诺数差别很大。

　　目前，涡街流量计制造商可根据用户要求提供欧洲标准，美国标准或日本标准法兰连接法兰仪表。同样的法兰标准，相同口径，相同压力等级，不同品牌的涡街流量计产品法兰孔尺寸不同。仪表的内孔与连接管的内孔之间存在细微差别，这可能导致仪表的非线性误差，这是最大的。

　　雷诺数与制造商校准的雷诺数之间的差异的主要原因是大多数涡街流量计制造商使用水作为校准的校准介质。涡街流量计的原理告诉人们，无论介质是什么，对于同一仪器，每单位条件下流量产生的脉冲数是一个常数，即仪表系数K.因为涡旋街道流量计的这一优点，用水校准的涡街流量计可用于测量气体或蒸汽，但此应用的前提是确保雷诺数大于20000时的准确性。在某些情况下，当仪表在用户现场或计量站检查雷诺数小于20,000，这导致仪表无法满足精度要求。这种情况产生的非线性误差较小，但偶尔也会出现这种情况。

　　以上两种情况是不可避免的。由于仪表的内径，仪器制造商不能要求用户更换管道，或者要求用户更换仪表，因为雷诺数较低。可以采用多点非线性校正来满足用户的要求。这是实现这一目标的有效方法。具体而言，测量范围被分段，并且采用仪表常数以使每个测量范围满足精度要求。该方法实施的过程应考虑雷诺数的影响。以下是计算模型[3]。

　　通过上述6步计算，可以实现仪表的非线性校正。使用上述计算结果，可以通过Hart手持设备或仪器按钮将校正参数输入到仪器转换器，并且转换器可以重新线性化原始非线性曲线以实现校准目的。转换器通过预转换器实现此功能软件设计实现。 通过这种方式，通过线性和非线性校正，可以实现定制调整以满足用户需求。

五、结论

　　涡街流量计是一个很好的产品。 国外设计规范已经在选择差压流量计之前设置了涡街流量计。 它是小直径（<DN300），气体，液体和蒸汽流量测量的首选。 随着国内合资产品和民族品牌产品性能的提高和提高，涡街流量计将在中国市场有很大的发展。

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