智能蒸汽流量计

智能蒸汽流量计是一种采用压电晶体作为检测元件，输出与流量成正比的标准信号的流量仪表。该仪表可以直 接与智能流量积算仪配套使用，也可以与计算机及集散系统配套使用，对不同介质的流量参数进行测量。该仪表根据流体涡街的检测原理，其检测涡街的压电晶体不与介质接触，仪表具有结构简单、通用性好和稳定性的特点.温压补偿型蒸汽流量计可用于各种气体、液体和蒸汽的流量检测及计量。

温压补偿一体化智能型 图：

原理:
在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式：　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
Sr--斯***劳哈尔数；
m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比.
 管道内体积流量qv为
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 （3）
式中 K--流量计的仪表系数，高冲数/m3（P/m3）。
K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯***劳哈尔数有关。斯***劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯***劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为(4)
式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；
Pn，P--分别为标准状态下和工况下的高压力，Pa；
Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；
Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

                       
由上式可见，VSF输出的高冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。

特点：

(1)结构简单牢固，无可动部件，长期运行可靠；

(2)维护方便，安装费用较低；

(3)传感器不直接接触介质，性能稳定，寿命较长；

(4)输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高，并方便与计算机联网；

(5)流量量程比可达1:10，测量范围较宽；

(6)压力损失小，运行费用较低；

(7)在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响，仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体的比体积流量无需补偿，调换配件后无需重新标定仪表的系数；

(8)应用范围较广，气体、液体的流量均可测量；(9)检定周期一般为2-4年。

该流量计也存在一定的局限性：

(l)涡街流量计是一种速度式流量计，漩涡分离的稳定性受流速影响，故对直管段长度有一定的要求，一般测点前后直管段长度分别为10D、5D(D为管道直径);

(2)测量液体时，受压损和气蚀现象限制，上限流速一般是0.5-8m/s;

(3)测量蒸汽时，上限流速受介质可压缩性的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，蒸汽流速是8~25m/s;

(4)应力式涡街流量计对振动较为敏感，故在振动较大的管道安装流量计时，管道要有一定的减震措施；

(5)应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，要受温度的限制，一般为一40-300℃。

 外形尺寸图：

智能蒸汽流量计的仪表主要有涡街流量计、分流旋翼式流量计以及节流式流量计等,近几年来涡街流量计由于其压损小、精度一、测量范围宽等特点,被大量应用于蒸汽流量的测量。涡街流量计可以用来计量液体、气体以及蒸汽的流量,涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。根据卡门涡街原理,漩涡发生体形成漩涡后,传感器采集频率信号,通过转换器放大、滤波处理后计算并显示瞬时流量和累计流量。                 

　　1　蒸汽实流检定装置的结构原理

　　蒸汽实流检定装置的计量方法是蒸汽冷凝称重法,是把蒸汽经过*全系列处理后,通过被检定蒸汽流量计后冷凝成水进行称量,称量的水和通过流量计的蒸汽量的质量是相等的,同时采集通过流量计的时间,由流量公式计算得到流量,达到检定流量计的目的。该装置主要由稳压罐、电子秤、冷凝器、换向器、温度变送器、压力变送器、冷却塔等组成,其工作原理如图1所示。

　　2　涡街流量计实流标定下数学建模

　　蒸汽流量标准装置采用冷凝称重法,是对流过蒸汽流量仪表的质量流量的计量,因此,用蒸汽流量标准装置对涡街流量计进行检测,其单次测量的误差公式为：

　　Ei=(mi-ms) /ms=mi/ms-1

　　式中:Ei为涡街流量计示值误差,%;mi为涡街流量计显示值, kg;ms为标准装置的流量示值, kg。

　　3　不确定度分析

　　3·1　标准装置的不确定度ur(ms)

　　标准装置的不确定度等级为ur(ms)=0·2%,按正态分布,k=2,则

　　ur(ms)=0·2% /2=0·1%

　　灵敏系数cr(ms)= Ei/ ms=-1·02

　　3·2　被检流量计显示值的不确定度ur(mi)

　　由于所选涡街为流量积算仪加涡街流量传感器的形式,此方式也为当前大多数生产厂家所采用,这里需要将流量传感器与流量积算仪的不确定度共同作为被检流量计显示值的不确定度[1]。

　　(1)数学模型

(2)不确定度来源分析[2]

　　①用于流量计密度计算的高压变送器的不确定度urp;

　　②用于流量计密度计算的温度变送器的不确定度urT;

　　③被检流量计各流量点误差重复性urEr;

　　④被检流量计的平均误差标准偏差ur-E。

　　(3)标准不确定度分量评定

　　①流量计密度计算的高压力变送器的不确定度ur(p)

　　选择压力变送器允许*·1%,压力变送器在满量程的2/3处使用,按矩形分布考虑[1],

　　在用蒸汽量为100kg的条件下,对流量仪表各个流量点进行测量,测量结果见表1。

　　3·3　不确定度分析览表

　　3·4　合成标准不确定度[2]

　　3·5　扩展不确定度U

　　4　结论

　　采用蒸汽冷凝法蒸汽流量计量检定装置对涡街流量计进行检定,其不确定度的分析与在空气装置中采用标准表进行检定相比较高,由于存在以下几点区别,使分析方法和结论上存在差异。

　　(1)冷凝法蒸汽检定装置中是对涡街流量计质量流量的计量,空气检定装置中是对涡街流量计体积流量的计量。

　　(2)冷凝法蒸汽检定装置中温变、压变是对蒸汽密度的计算,空气检定装置中是将体积流量换算成标准表条件下的体积流量。

　　(3)数学建模方式存在本质性的差异。