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涡街流量计在管道流量计量技术存在的问题及解决方案    1 涡街流量计管道流量计量技术存在的问题    管道气体存在湿度大、杂质多、气液固混合、压力低、流量变化范围宽、流速下限低、现场安装环境局限性大等特点，这就要求测量其流量的流量计具有如下特征：无可转动部件，测量量程比宽，可测量多项流，不易堵塞磨损，长久性压损小，测量下限低，直管段要求短。虽然涡街流量计气体流量计种类很多，但适用于管道流量测量的流量计并不是很多。当前应用为广泛的孔板流量计、涡街流量计、皮托管流量计、V锥流量计等在测量管道时也存在相应的问题。    孔板流量计存在的问题：（1）测量量程比窄，约为1∶3，相对煤矿流量变化范围来说，测量范围较窄；（2）采用边缘截止、中间流通的锐角节流方式，使管道气体中的液体或固体杂质无法顺利流过，造成孔板前方液体和固体杂质堆积的现象，需要经常清洗管道；（3）对流场的分布要求较高，直管段要求长，现场安装局限性大；（4）对管道介质造成的长久性压损较大，特别是负压端会影响井下抽放压力，同一条管道上不适宜串联使用多台孔板。    涡街流量计存在的问题：（1）对环境振动较为敏感，现场长期运行稳定性较差；（2）测量下限较高，特别是对于低密度介质，如气体介质，涡街流量计出售，特别是负压状态下的气体介质，测量下限一般不低于5ms/；（3）采用插入式点测量方式，插入的深度不同，测量的流量结果也不相同，无法保证现场与实验室的测量精度一致；（4）直管段要求更长，现场安装局限性更大。    皮托管流量计由于插入杆较细，取压孔较小，容易堵塞，不适宜长期在线测量流量。    旋进漩涡流量计存在的问题：（1）适用管径范围小，一般大只能测量300ｍｍ管径，涡街流量计公司，适用面较窄；（2）给管道带来的长久性压力损失较大，影响抽放效果，主要应用于油田井口平台高中压油、气的流量测量；（3）现场适应性差，同一管径的每一台仪表都具有相同的流速测量范围，且不可更改，只能通过现场管道的扩管或缩管来滿足流量计的流速测量要求，即以现场工况条件来适应并满足流量计的需要；（4）易受被测介质影响，特别在介质脏污的情况下，其导流器（旋转导流槽、在入口处的螺旋浆形叶片）容易结垢，严重时可能封闭叶片面积，需要经常清理。
涡街流量计仪表常数与流体流速的关系及分段补

  涡街流量计仪表常数与流体流速的关系及分段补偿，通过对涡街流量计的仪表常数随着流速的变化而略有起伏这个规律的观察与总结，建立数学模型，并根据这个数学模型，镇江涡街流量计，可以在不同的流速段对仪表常数做适当的补偿，可以提高涡街流量计的计算精度，该方案通过单片机809C51实现。    

　　根据多年的应用经验以及大量的现场数据，我们发现涡街流量计的仪表常数与流体的流速存在一定的关系，本文通过寻找涡街流量计仪表常数与流体流速的关系，建立了两者的数学模型，在流量计算时对它进行补偿，提高了计算精度。

　　1.1　涡街流量计的工作原理

　　涡街流量计是基于卡门涡街原理制成的一种流体振荡性流量计，即在流动的流体中放置一个非流线型的对称形状的物体(涡街流量传感器中称之为漩涡发生体)，就会在其下流两侧产生两列有规律的漩涡，即卡门涡街其漩涡频率正比于流体速度:

　　1.2　涡街流量计的特点

　　(1)输出的信号是与流速成正比的脉冲信号，便于数据处理和计算机联网。

　　(2)量程范围宽，精度高。

　　(3)无可动部件，可靠性较高，结构简单，便于安装维修。

　　(4)检测元件与被测介质不直接接触，不受流体的化学性质影响，应用范围宽，寿命长。

　　(5)抗干扰能力强，容易进行流量计算，不受流体物理性质的影响，给仪表的标定和使用带来了方便。

　　2　误差的产生及补偿

　　2.1　非线性误差的产生

　　由于涡街传感器所测的并不是平均流速，而是漩涡发生体两侧的流速。对于湍流状态，不同的雷诺数下，流速分布规律是不同的，即不同的流速下具有不同的流速分布，进而说明了涡街流量传感器检测到的主要反映漩涡发生体两侧的流速，与管道平均流速的关系不是确定的。这说明涡街流量传感器的非线性误差是其检测机理所决定的。在实际使用时，先绘出传感器的仪表常数与流体流速的试验曲线，据此得到不同流速段的实际仪表常数。本文应用MCS251单片机系列的89C51将试验曲线事先固化于流量计的EPROM中，用户结合现场具体工作情况通过键盘输入平均仪表常数KP的值(KP= (Kmax+Kmin) /2)，实现了涡街传感器的非线性修正。

　　2.2　仪表常数与流体流速的关系及分段补偿

　　我们知道涡街流量计频率与流量成正比，理论上讲，涡街流量计输出频率与流速成正比，也就是说仪表常数恒定。实际上，涡街流量计品牌，由于流量计本身的因素导致两者之间存在一定程度的非线性误差。鉴此，我们做出了一条仪表常数与流速的实验关系曲线，如图1所示。图中各点坐标分别为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)。

　　针对这种误差规律，我们采取分段补偿的方式进行误差修正。由图1可以看出，随着流速的降低，曲线偏离平均值越大，对此我们采用的方法可以达到两个目的:

　　(1)无论偏差值多大，只要它有规律可循，就可补偿修正，还可以把流量的下限即Vmin在坐标上向左移动，即扩大传感器的量程。

　　(2)根据精度要求合理划分区间，在误差大的低流速区间线段取密一些，在误差小的高流速区间可适当将区间放宽。

　　为了满足修正后非线性误差在0. 3%以下的要求，我们根据理论分析和曲线规律，分别在12%Vmax、60%Vmax处增加两点(见图2)，坐标分别为G(12%Vmax，KP)，H(60%Vmax，0.998KP)。理由:

　　①Vmin/Vmax=8% ~9%;②DE曲线间无拐点且下凹;③AB曲线间无拐点且下凹。这样，把整个流速范围分成了六段，如表1。这样处理后，可修正非线性误差在0.3%以下。

　　2.3　补偿后非线性误差计算及验证

　　表2为补偿后各段仪表常数的非线性误差计算值。

　　下面用某厂生产口径为Dg80的涡街流量计为例验证补偿效果(产品编号:04150)。表3为原始检测数据.

　　2.4　计算流量

　　瞬时流量计算公式:

　　3　系统的实现

　　3.1　系统可以实现的功能

　　(1)以89C51为元件，X25045存储数据。

　　(2)采用82C79单片机，可以同时显示瞬时流量(4位)以及累积流量(6位+2位幂数)，其显示单位为体积流量。

　　(3)具有掉电检测、保护功能(HT7044监测电压)，掉电后数据存入X25045中。

　　(4)具有看门狗功能。

　　(5)采用键盘输入，输入内容包括:仪表常数、瞬时流量上限、瞬时流量下限等。

　　3.2　主要程序模块

　　(1)主程序。

　　(2)定时器中断服务程序。

　　(3)键盘中断处理子程序。

　　(4)掉电处理子程序。

　　(5)25045读/写状态寄存器子程序。

　　(6)瞬时流量计算程序SSJS。

　　(7)累积流量计算程序LJJS。

　　(8)量程判别子程序CSDS。

　　用单片机89C51验证了误差补偿的数学模型，并实现了智能涡街流量积算仪的设计，通过对仪表常数的修正使系统的精度有很大的提高，可以使涡街流量积算仪达到0. 5级标准，采用89C51单片机使系统的稳定性和快速性都得到了提高，82C79的键盘显示接口芯片，代替单片机完成键盘和显示器的许多接口操作，X25045可以将数据实时存储起来，系统软硬件设计合理、可行，具有工程实用价值。

涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。那么在选用涡街流量计的时候我们应该注意那几个方面呢？1.流量计应使用在介质工作压力和温度范围的技术参数内。不要刻意选用高压力等级和超高温度的仪表，应根据实际工作压力和温度选用仪表，后者价格要高些。2.流量计的选型尽可能不要使用流量工作在下限极限值，故流量计的口径应尽可能小，以获得更大的流速和流量范围。3.涡街流量计的下限流量取决于介质的工况密度和运动粘度，其上限流量一般不受介质压力和温度的影响，因此确定流量范围只要确定实际可用的下限流量即可。计算出下限流量后，查流量范围表即可确定相应口径。4.在爆1炸***场所，应选用防爆型涡街流量计。
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