渦街流量計(jì)不同流速及流量限制問(wèn)題的研究，為了解決孔板流量計(jì)在測(cè)量時(shí)存在的諸多問(wèn)題，渦街流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。渦街流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)渦街流量計(jì)在諸多應(yīng)用方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)。比如，孔板流量計(jì)1個(gè)測(cè)量回路靜密封點(diǎn)為20個(gè)左右。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動(dòng)特性的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，其物理意義是流體流動(dòng)的慣性力與粘滯力的比值。相比而言，渦街流量計(jì)的靜密封點(diǎn)只有3個(gè)，不容易泄漏 ，它不受流體溫度、壓力還有密度等影響，流量系數(shù)長(zhǎng)期不變。但是渦街流量計(jì)在使用的時(shí)候，也存在一些問(wèn)題。

1）由于渦街流量計(jì)的原始信號(hào)為頻率信號(hào)，致使渦街流量計(jì)實(shí)際為一種數(shù)字式儀表。它只要能正常工作，精度一定有保證。但是一旦不能正常工作，產(chǎn)生的測(cè)量誤差將非常大，甚至連流量的變化趨勢(shì)都不能指示，徹底不能工作。

2）漩渦升力與流量的平方呈正比、與流體的密度呈正比。因此，流量減小時(shí)，渦街信號(hào)以2階關(guān)系急劇減弱，而氣體的渦街信號(hào)遠(yuǎn)低于液體。尤其是對(duì)于后續(xù)的記錄儀，在記錄儀長(zhǎng)期損壞無(wú)法修復(fù)的情況下，一定要注意短接二次儀表的輸出。在用于氣體流量檢測(cè)時(shí)，因低密度、低流速導(dǎo)致渦街信號(hào)微弱，極易湮沒在干擾之中，流量計(jì)無(wú)法正確識(shí)別出漩渦，致使測(cè)量失敗。

3）由于渦街流量計(jì)傳感器必須敏感檢測(cè)小流量時(shí)微小的渦街升力，直接限制了傳感器的結(jié)構(gòu)。針對(duì)以上一些問(wèn)題，下面將做部分探討。

渦街流量計(jì)的特點(diǎn)：

1)渦街流量計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量管內(nèi)沒有可動(dòng)部件，也沒有任何阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流部件。所以當(dāng)流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)不會(huì)引起任何附加的壓力損失，是流量計(jì)中運(yùn)行能耗低的流量?jī)x表之一。

　　2)可測(cè)量贓污介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)及懸濁性液固兩相流的流量。這是由于儀表測(cè)量管內(nèi)部無(wú)阻礙流動(dòng)部件，與被測(cè)流體接觸的只是測(cè)量管內(nèi)襯和電極，其材料可根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)來(lái)選擇。針對(duì)非整周期采樣誤差影響頻率計(jì)算的精度的問(wèn)題,研究了頻譜校正方法。例如，用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯，可測(cè)量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；采用耐磨橡膠做內(nèi)襯，就特別適合于測(cè)量帶有固體顆粒的、磨損較大的礦漿、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體。

　　3)渦街流量計(jì)是一種體積流量測(cè)量?jī)x表，在測(cè)量過(guò)程中，它不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、粘度、密度以電導(dǎo)率(在一定范圍)的影響。因此，渦街流量計(jì)只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可心用來(lái)測(cè)量其它導(dǎo)電性液體的流量。

　　4)渦街流量計(jì)的輸出只與被測(cè)介質(zhì)的平均流速成正比，而與對(duì)稱分布下的流動(dòng)狀態(tài)(層流或湍流)無(wú)關(guān)。所以渦街流量計(jì)的量程范圍極寬，其測(cè)量范圍度可達(dá)100：1，有的甚至達(dá)1000：1的可運(yùn)行流量范圍。

　　5)渦街流量計(jì)無(wú)機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，也可測(cè)量正反兩個(gè)方向的流量。

　　6)工業(yè)用渦街流量計(jì)的口徑范圍極寬，從幾個(gè)毫米一直到幾米，而且國(guó)內(nèi)已有口徑達(dá)3m的實(shí)流校驗(yàn)設(shè)備，為渦街流量計(jì)的應(yīng)用和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

安裝注意事項(xiàng)　　渦街流量計(jì)屬于對(duì)管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計(jì)，因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道安裝條件應(yīng)充分重視，嚴(yán)格遵照使用說(shuō)明書執(zhí)行?！　u街流量計(jì)可安裝在室內(nèi)或室外。如果安裝在地井里，為防止被水淹沒，應(yīng)選用涎水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝，但測(cè)量液體和氣體時(shí)為防止氣泡和液滴的干擾，要注意安裝位置。測(cè)量含液體和含氣液體的流量?jī)x表安裝必須保證上、下游直管段有必要的長(zhǎng)度。8、對(duì)于問(wèn)題⑦主要是由于二次儀表顯示表頭線圈固定螺絲松，造成表頭下沉，指針與表殼摩擦大，動(dòng)作不靈，通過(guò)調(diào)整表頭并重新固定，問(wèn)題相應(yīng)解決。傳感器與管道的連接時(shí)要注意以下問(wèn)題?！　、偕?、下游配管內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D’相同，其差異滿足下述條件：0.95D≤D’≤1.1D;　?、谂涔軕?yīng)與傳感器同心，同軸度應(yīng)小于0.05D’;　?、勖芊鈮|不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比傳感器內(nèi)徑大1～2mm;　?、苋缧钄嗔鳈z查與清洗傳感器，應(yīng)設(shè)置旁通管道;　?、轀p小振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)的影響應(yīng)該作為渦街流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝的一個(gè)突出問(wèn)題來(lái)關(guān)注。首先，在選擇傳感器安裝場(chǎng)所時(shí)盡量注意避開振動(dòng)源;其次，采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮;第三，加裝管道支撐物是有效的減振方法?！　‰姎獍惭b應(yīng)注意傳感器與轉(zhuǎn)換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應(yīng)超過(guò)使用說(shuō)明書的規(guī)定。布線時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，盡量用單獨(dú)金屬套管保護(hù)。應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”原則，接地電阻應(yīng)小于10Ω。整體型和分離型都應(yīng)在傳感器側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼接地點(diǎn)應(yīng)與傳感器“同地”。

渦街流量計(jì)儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)

  渦街流量計(jì)儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償，通過(guò)對(duì)渦街流量計(jì)的儀表常數(shù)隨著流速的變化而略有起伏這個(gè)規(guī)律的觀察與總結(jié),建立數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型,可以在不同的流速段對(duì)儀表常數(shù)做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,可以提高渦街流量計(jì)的計(jì)算精度，該方案通過(guò)單片機(jī)809C51實(shí)現(xiàn)。二、按檢測(cè)技術(shù)分類按檢測(cè)技術(shù)不同，可以將渦街流量計(jì)分成熱敏式渦街流量計(jì)、超聲式渦街流量計(jì)、電容式渦街流量計(jì)、應(yīng)力式渦街流量計(jì)、應(yīng)變式渦街流量計(jì)、磁電（振動(dòng)體）式渦街流量計(jì)、光電與光纖式渦街流量計(jì)以及其他檢測(cè)技術(shù)的渦街流量計(jì)。    

　　根據(jù)多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以及大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)的儀表常數(shù)與流體的流速存在一定的關(guān)系,本文通過(guò)尋找渦街流量計(jì)儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系,建立了兩者的數(shù)學(xué)模型,在流量計(jì)算時(shí)對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)償,提高了計(jì)算精度。

　　1.1　渦街流量計(jì)的工作原理

　　渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計(jì),即在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)非流線型的對(duì)稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發(fā)生體),就會(huì)在其下流兩側(cè)產(chǎn)生兩列有規(guī)律的漩渦,即卡門渦街其漩渦頻率正比于流體速度:

　　1.2　渦街流量計(jì)的特點(diǎn)

　　(1)輸出的信號(hào)是與流速成正比的脈沖信號(hào),便于數(shù)據(jù)處理和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

　　(2)量程范圍寬,精度高。

　　(3)無(wú)可動(dòng)部件,可靠性較高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于安裝維修。

　　(4)檢測(cè)元件與被測(cè)介質(zhì)不直接接觸,不受流體的化學(xué)性質(zhì)影響,應(yīng)用范圍寬,壽命長(zhǎng)。

　　(5)抗干擾能力強(qiáng),容易進(jìn)行流量計(jì)算,不受流體物理性質(zhì)的影響,給儀表的標(biāo)定和使用帶來(lái)了方便。

　　2　誤差的產(chǎn)生及補(bǔ)償

　　2.1　非線性誤差的產(chǎn)生

　　由于渦街傳感器所測(cè)的并不是平均流速,而是漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。對(duì)于湍流狀態(tài),不同的雷諾數(shù)下,流速分布規(guī)律是不同的,即不同的流速下具有不同的流速分布,進(jìn)而說(shuō)明了渦街流量傳感器檢測(cè)到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速,與管道平均流速的關(guān)系不是確定的。這說(shuō)明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測(cè)機(jī)理所決定的。局限性：(1)渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)(ReD≤2*104)測(cè)量，在高黏度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制。在實(shí)際使用時(shí),先繪出傳感器的儀表常數(shù)與流體流速的試驗(yàn)曲線,據(jù)此得到不同流速段的實(shí)際儀表常數(shù)。本文應(yīng)用MCS251單片機(jī)系列的89C51將試驗(yàn)曲線事先固化于流量計(jì)的EPROM中,用戶結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體工作情況通過(guò)鍵盤輸入平均儀表常數(shù)KP的值(KP= (Kmax Kmin) /2),實(shí)現(xiàn)了渦街傳感器的非線性修正。

　　2.2　儀表常數(shù)與流體流速的關(guān)系及分段補(bǔ)償

　　我們知道渦街流量計(jì)頻率與流量成正比,理論上講,渦街流量計(jì)輸出頻率與流速成正比,也就是說(shuō)儀表常數(shù)恒定。實(shí)際上,由于流量計(jì)本身的因素導(dǎo)致兩者之間存在一定程度的非線性誤差。4、儀表接線過(guò)程中壓線不實(shí)，從而造成傳輸過(guò)程中信號(hào)的時(shí)斷時(shí)續(xù)。鑒此,我們做出了一條儀表常數(shù)與流速的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線,如圖1所示。圖中各點(diǎn)坐標(biāo)分別為A(Vmin,1.004 9KP),B(15%Vmax,0.997KP),C(30%Vmax,0.992853KP),D(50%Vmax,0.994883KP),E(75%Vmax,KP),F(Vmax,KP)。

　　針對(duì)這種誤差規(guī)律,我們采取分段補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行誤差修正。由圖1可以看出,隨著流速的降低,曲線偏離平均值越大,對(duì)此我們采用的方法可以達(dá)到兩個(gè)目的:

　　(1)無(wú)論偏差值多大,只要它有規(guī)律可循,就可補(bǔ)償修正,還可以把流量的下限即Vmin在坐標(biāo)上向左移動(dòng),即擴(kuò)大傳感器的量程。

　　(2)根據(jù)精度要求合理劃分區(qū)間,在誤差大的低流速區(qū)間線段取密一些,在誤差小的高流速區(qū)間可適當(dāng)將區(qū)間放寬。

　　為了滿足修正后非線性誤差在0. 3%以下的要求,我們根據(jù)理論分析和曲線規(guī)律,分別在12%Vmax、60%Vmax處增加兩點(diǎn)(見圖2),坐標(biāo)分別為G(12%Vmax,KP),H(60%Vmax,0.998KP)。理由:

　　①Vmin/Vmax=8% ~9%;②DE曲線間無(wú)拐點(diǎn)且下凹;③AB曲線間無(wú)拐點(diǎn)且下凹。這樣,把整個(gè)流速范圍分成了六段,如表1。這樣處理后,可修正非線性誤差在0.3%以下。

　　2.3　補(bǔ)償后非線性誤差計(jì)算及驗(yàn)證

　　表2為補(bǔ)償后各段儀表常數(shù)的非線性誤差計(jì)算值。

　　下面用某廠生產(chǎn)口徑為Dg80的渦街流量計(jì)為例驗(yàn)證補(bǔ)償效果(產(chǎn)品編號(hào):04150)。表3為原始檢測(cè)數(shù)據(jù).

　　2.4　計(jì)算流量

　　瞬時(shí)流量計(jì)算公式:

　　3　系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　3.1　系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能

　　(1)以89C51為核心元件,X25045存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　(2)采用82C79單片機(jī),可以同時(shí)顯示瞬時(shí)流量(4位)以及累積流量(6位 2位冪數(shù)),其顯示單位為體積流量。

　　(3)具有掉電檢測(cè)、保護(hù)功能(HT7044監(jiān)測(cè)電壓),掉電后數(shù)據(jù)存入X25045中。

　　(4)具有看門狗功能。

　　(5)采用鍵盤輸入,輸入內(nèi)容包括:儀表常數(shù)、瞬時(shí)流量上限、瞬時(shí)流量下限等。

　　3.2　主要程序模塊

　　(1)主程序。

　　(2)定時(shí)器中斷服務(wù)程序。

　　(3)鍵盤中斷處理子程序。

　　(4)掉電處理子程序。

　　(5)25045讀/寫狀態(tài)寄存器子程序。

　　(6)瞬時(shí)流量計(jì)算程序SSJS。

　　(7)累積流量計(jì)算程序LJJS。

　　(8)量程判別子程序CSDS。

　　用單片機(jī)89C51驗(yàn)證了誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型,并實(shí)現(xiàn)了智能渦街流量積算儀的設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)儀表常數(shù)的修正使系統(tǒng)的精度有很大的提高,可以使渦街流量積算儀達(dá)到0. 5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用89C51單片機(jī)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性都得到了提高,82C79的鍵盤顯示接口芯片,代替單片機(jī)完成鍵盤和顯示器的許多接口操作,X25045可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、可行,具有工程實(shí)用價(jià)值。因此當(dāng)儀表的工作條件偏離標(biāo)定條件較遠(yuǎn)時(shí)需對(duì)儀表系數(shù)K進(jìn)行修正。