旋進旋渦流量計的原理

一、概述及發(fā)展
旋進旋渦流量計是屬于流體振動流量計（如渦街流量計）的一個種類，它具有此類流量計的共同特點，但在特性上與渦街流量計亦有一些差別，主要是壓力損失較大，是渦街流量計的3～4倍；抗外來流干擾能力強，所需直管段長度比渦街流量計要短的多。
早在20世紀70年代我國就出現(xiàn)了旋進旋渦流量計，在一段時間內(nèi)只在氣體測量中有所應(yīng)用。近幾年來，隨著微機技術(shù)的迅速發(fā)展，把微機技術(shù)應(yīng)用到信號轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了現(xiàn)場顯示，備受大家的歡迎。隨著儀表結(jié)構(gòu)上的改進，在天然氣測量方面得到了大量的應(yīng)用，測量介質(zhì)也擴大到液體和蒸汽。

二、工作原理
當(dāng)流體通過由螺旋形葉片組成的旋渦發(fā)生器（見圖1）后，流體被迫繞著發(fā)生體軸劇烈旋轉(zhuǎn)，形成旋渦。當(dāng)流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進動現(xiàn)象。該進動頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響。檢測元件測得流體二次旋轉(zhuǎn)進動頻率，就知道了流量。而且能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。流量計算式為：

流量計的儀表系數(shù)在一定的結(jié)構(gòu)參數(shù)和規(guī)定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)與流體的溫度、壓力、組分和物性（密度、粘度）無關(guān)。

三、結(jié)構(gòu)
流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成。
1、傳感器包括旋渦發(fā)生器、檢測元件、整流器和殼體。
旋渦發(fā)生器由特定螺旋形葉片組成，它固定在殼體收縮段前端，強迫流體產(chǎn)生強烈的旋渦流。
檢測元件安裝在靠近擴張管的喉部，用熱敏、壓電、應(yīng)變、電容或光纖等檢測元件可測出旋渦進動的頻率信號。
整流器固定在流量計表體出口，其作用是消除旋渦流，以減小下游流態(tài)對儀表測量的影響。
殼體設(shè)計成一定形狀的流道，使旋渦形成，固定和保護安裝在內(nèi)部的零部件，并通過法蘭與管道相連接。
2、轉(zhuǎn)換顯示儀
由壓電傳感器檢測到的微弱電壓信號經(jīng)過放大、濾波、整形后，變成頻率與流量成正比的脈沖信號，然后由顯示儀計數(shù)顯示。顯示儀配有外輸接口，輸出各種信號。對測量的氣體介質(zhì)可進行溫度和壓力的補償，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量，并顯示。

四、主要特點
1、無機械可動部件，耐腐蝕，穩(wěn)定可靠，壽命長，長期運行無須特殊維護；
2、實現(xiàn)了機電一體化，日常的計量過程不需人工值守；
3、工藝安裝條件不苛刻，儀表上、下游直管段可較孔板和渦街流量計大大縮短；
4、系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度能夠滿足目前的貿(mào)易計量要求（≤1.5%）；
5、流量測量范圍較寬（qmax/qmin=15～20），可在孔板和渦街流量計無法涉足的部分小流量區(qū)域進行有效工作；
6、體積小、重量輕，離線標(biāo)定較為方便；
7、測量信號既可就地顯示，也可按需遠傳；
8、儀表管理人員無需專業(yè)培訓(xùn)，流量、壓力及溫度等測量參數(shù)可以從表頭直接讀取，并且不必進行折算轉(zhuǎn)換；
9、只需定期更換電池（微功耗）及被測介質(zhì)的參數(shù)。
10、壓力損失較大；可按下式計算：

流通介質(zhì)為氣體時，壓力損失約為渦街流量計的3～4倍。

五、選用
用于測量氣體時，首先根據(jù)管線輸氣量和介質(zhì)可能達到的溫度和壓力范圍，估算出工作狀態(tài)下的zui高和zui低體積流量，正確選擇流量計規(guī)格；如兩種口徑均能覆蓋流量范圍，在壓力范圍允許的情況下，建議選擇較小規(guī)格的流量計。
為了便于維修，不影響流體輸送，建議安裝旁通管道，另外要保證所規(guī)定的直管段長度。若氣體中含有較大顆粒或纖維，在上游應(yīng)安裝過濾器。

六、總結(jié)
為了更好地使用旋進旋渦流量計，應(yīng)注意以下幾點：
1、 正確選型
在選型過程中應(yīng)當(dāng)把握兩條基本原則，一要保證生產(chǎn)安全，二要保證使用精度。要做到這一點，就必須落實三個選型參數(shù)，即近期和遠期的zui大、zui小及常用瞬時流量（主要用于選定儀表的大小規(guī)格），被測介質(zhì)的設(shè)計壓力（主要用于選定儀表的公稱壓力等級），實際工作壓力（主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級）。
2、 用前標(biāo)校
為了確保儀表在今后的工作過程中其測量結(jié)果的可靠與準(zhǔn)確，應(yīng)在正式安裝前將其送往具有這方面檢定能力及資質(zhì)的部門，進行一次全流量范圍的系統(tǒng)檢定。
3、 注意安裝
雖然該種儀表對工藝安裝及使用環(huán)境沒有太多的特殊要求，但任何一類流量測量儀表都有這樣一些共性，即盡可能避免振動及高溫環(huán)境，遠離流態(tài)干擾元件（如壓縮機、分離器、調(diào)壓閥、大小頭及匯管、彎頭等），保持儀表前后直管段內(nèi)壁光滑平直，保證被測介質(zhì)為潔凈的單相流體等。
4、 后期管理
為了保證儀表長期工作的準(zhǔn)確性、可靠性（避免意外停運和數(shù)據(jù)丟失），應(yīng)定期進行系統(tǒng)標(biāo)校（每1～2年），抄錄表頭數(shù)據(jù)（每天或每周），更換介質(zhì)參數(shù)（每月或每季）以及不定期查看電池狀況，檢查儀表系數(shù)及鉛封等。
5、 內(nèi)部維護
氣質(zhì)臟污或其它原因，需要對儀表的測量腔體及其構(gòu)件進行定期檢查或清洗。有一點必須特別注意：對于同規(guī)格的旋進旋渦流量計，其旋渦發(fā)生體、導(dǎo)流體等核心組件并不能互換。否則，須重新標(biāo)定儀表計量系數(shù)并對其配帶的溫度及壓力傳感器進行系統(tǒng)校正。