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瓦斯抽放管路涡街流量计

时间:2017/09/05来源:未知

摘 要 :涡街流量计的仪表系数只能在较窄的范围内保持恒定 ,从而制约了其测量范围 。利用仪表系数非线性修正的方法对其进行改进。实验证明 ,改进后的涡街流量计 , 量程范围为 6.05 ~ 497.79 L/h,线性度为 1.111%, 在保证精度的前提下可以有效的扩展量程范围, 适合在煤矿瓦斯抽放管路中使用。

瓦斯抽放管路涡街流量计
厂家价格:
价格 ¥ 300.00~9800.00
起批量 ≥1 

0、引言:
  治理煤矿瓦斯最直接有效的措施是对井下的瓦斯进行抽放。目前 , 我国煤矿瓦斯抽放管路流量的测定方法主要有孔板流量测定、均速管测定、皮托管流量测定等[ 1] 。由于采用的原理是节流原理 , 人为减少抽放管道的直径 ,影响抽放效果。涡街流量计因其介质适应性强、无可动部件、结构简单、可靠性高、压力损失小等诸多优点 , 应用广泛。
  该流量计在正常范围内 , 其仪表系数基本为一常数 ,但在测量小流量时表现出明显的非线性 ,制约了涡街流量计测量范围和测量精度[ 2] 。研究发现 ,涡街流量计的频率输出信号在较宽的量程范围内都能获得良好的重复性。普通模拟涡街流量计确保仪表系数线性度在 1%以内的量程比只能达到 10∶1,远低于理论量程比 100∶1。为此 ,笔者设计一种新型的涡街流量计 , 以使其在保证精度和线性度的前提下具有较宽的量程 , 特别是降低测量下限。

1、涡街流量计的测量原理:
   涡街流量计测量的理论基础是流体力学中著名的 “卡曼涡街 ”原理。在流体中放置一根轴线与流向垂直的非流线型柱形体, 称之为旋涡发生体。当流体沿旋涡发生体绕流时 , 会在旋涡发生体下游产生两列不对称但有规律的交替旋涡列, 这就是所谓的卡曼涡街。大量实验证明:在一定雷诺数范围内 , 稳定的旋涡发生频率 f与流经旋涡发生体两侧的平均流速 v1之间的关系可表示为:
        f=Stv1 =Stv,      
            b   Ab      
    2   b       b 2 -1 b  
A=1 -π       1 -         +sin     ,  (1)
  D     D D
                             
式中:St———斯特劳哈尔数 ,对一定形状的旋涡发生体在一定雷诺数范围内其量纲为 1;
b———旋涡发生体迎流面的宽度 , m; v———管道内的平均流速, m/s; A———旋涡发生体两侧弓形流通面积之和与
 
管道的横截面积之比 ;
 
D———管道内径, m。
 
交替地作用在旋涡发生体上升力的频率就是旋涡的脱落频率,通过压电探头对升力变化频率的检
 
测 ,即可得到 f,再由式(1)可得体积流量为:  
  πD2   πD2   2
V   v= Abf,
q= 4 ()
        4St  
  f   πD2Ab-1 3
       
K=V = 4 , ()
  q   St    
式中:qV———体积流量, m3 /s;
 
K———涡街流量计的仪表系数 , m-3 。
 
由式(2)可见 , 涡街流量计测量流体的体积流量 ,主要是通过测量涡街频率 f来实现的 ,而涡街频率 f只与流速 υ和发生体的几何参数 (形状和几何尺寸 )有关, 而与被测流体的特性和组分无关[ 3] 。由式(3)可知 ,仪表系数 K应为常数,但实际情况并非如此 ,在小流量时, 仪表系数 K是非线性的。
 瓦斯抽放管路涡街流量计|厂家价格|规格型号
2、系统硬件与仪表系数非线性修正方法:
2.1、系统硬件:

 系统的整体硬件结构见图 1。整体硬件结构可以分为以下几个部分:检测复合信号和振动信号的“三线共地型 ”压电探头传感器以及后续处理电路 ; 为系统各模块提供电源的电源电路;压力传感器的温度、压力检测电路及后续调理电路 ;上、下位机通讯的 SCI通讯模块电路;各种现场实时参数显示的液晶显示电路;各种掉电数据保存的铁电存储FRAM电路 ;掉电时间计算的 DS1302 时间电路;现场用户翻页选择的按键输入电路以及脉冲输出电路;采用 MSP430单片机的微处理器[ 4] 。
 图 1  系统整体硬件框图
图 1  系统整体硬件框图

2.2、非线性仪表系数修正:
 随着工业技术的发展和进步 ,对宽量程、高精度涡街流量计的需求日渐迫切, 各种仪表系数非线性修正方法和应用相继出现。最早出现的是采用硬件电路进行修正。该方法稳定可靠 , 但只适用于单调上升 (或下降 )的曲线形状[ 5] 。由于电子技术特别是单片机技术的迅猛发展, 这一问题得到了更好的解决。由实际标定的结果可以回归为仪表系数与频率函数关系式 ,并将表达式存入单片机系统的程序存储器中。测量传感器信号频率 , 根据函数表达式计算出此时的仪表系数 ,从而实现仪表非线性修正。相关公式如下 :
 
平均仪表系数 K:
 
K=((Ki)max +(Ki)min)/2。
 
线性度 El:
E=(Ki)max-(Ki)min×100%
l  (Ki)max+(Ki)min
 
重复性 Er:
 
Er=max((Er)i)。
 
各点重复性(Er)i:
 
    1           n     1  
          1   2   2  
                ∑(Kij-Ki)   100
i                  
                 
(Er) = Ki 1     ×  %,
    1        
            n- j=        
式中 :Kij———第 i个检测点第 j次检测的仪表系数。修正方法的实现过程:

(1)通过水流量标准装置测量 K-Qv曲线中的特征点。每个流量点测量三次, 相同时间 t内每次脉冲为 N1、N2 和 N3, 计算频率后, 采用三次样条[ 6] 拟合,绘制 K-Qv特征曲线。理论上测量点越多越准确。频率计算式为 f=(N1 +N2 +N3)/3t。
 
(2)计算涡街流量计特征曲线的平均值 K,按精度要求计算 Kmin和 Kmax。对于气体涡街流量计, 线性误差 El=0.015。所以, Kmin =K-KEl/2, Kmax = K+KEl/2。
 
(3)计算需要修正的频率段。在待修正频率段内选择步长 l=0.015 Hz,每隔 l计算 K,每一个 fi对应一个 Ki。由 fi/Ki=fimin/Kmin =fimax/Kmax =qVi计算每个 fi将被修正成的 fimax和 fimin。
 
(4)将有交集的 fimax-fimin合并 , 即将相邻 fi都修正为同一个 fj。 fj只要在 fimax和 fimin之间就能够满足线性度要求,从而完成优化。
 
3、实验结果:
 为验证改进后的涡街流量计工作效果 , 将DN100口径的涡街流量计用于标准水装置上进行实流实验。表 1为改进前的实验数据, 该涡街流量计量程范围在 34.9 ~ 497.7 L/h, 其线性度为 El= 1.121%。流量在 5.6 ~ 34.9 L/h是非线性的 , 但具有较好的重复性 ,需要进行非线性修正。
表 1  DN100涡街流量计修正前实验数据


表 1  DN100涡街流量计修正前实验数据
  根据文中提出的修正方法, 得到图 2的拟合曲线和改进后的实验数据表 2。 由表 2 可见, 修正后的量程范围 Q为 6.05 ~497.79 L/h, 线性度为 El=1.111%, 满足气体涡街流量计的要求,且量程范围扩大。
图 2  涡街流量计仪表系数 K与流量的关系曲线

图 2  涡街流量计仪表系数 K与流量的关系曲线
表 2  DN100涡街流量计修正后实验数据


厂家规格:
加工定制 品牌 华云 型号 LUGB-DN15~300
类型 动量式流量计 测量范围 0.3-18000(m3/h) 精度等级 1.5
公称通径 15-300(mm) 适用介质 气体、蒸汽,液体 工作压力 1.6(MPa)
工作温度 -20-250度(℃) 规格 DN15-DN50夹持型带补偿,DN65夹持型带补偿,DN80夹持型带补偿,DN100夹持型带补偿,DN125夹持型带补偿,DN150夹持型带补偿,DN200夹持型带补偿,DN250夹持型带补偿,DN300夹持型带补偿,DN15-DN25法兰连接加价,DN32-DN40法兰连接加价,DN50-DN65法兰连接加价,DN80法兰连接加价,DN100法兰连接加价,DN125法兰连接加价,DN150法兰连接加价,DN200法兰连接加价,DN250法兰连接加价,DN300法兰连接加价,双供电加价,防爆加价,hart加价,RS485加价,高温250-330度加价 供电方式 3.6v锂电池供电(24v供电)
瓦斯抽放管路涡街流量计|厂家价格|规格型号
  注:此价格为温度250℃以内,法兰夹持型涡街,现场液晶显示瞬时流量,累积流量,不带补偿单位m3/h 。带补偿可以选择电池供电或者24v供电,蒸汽显示:t/h,气体显示Nm3/h。夹持型含专用法兰、螺栓、螺母、金属缠绕垫等,本体材质为304不锈钢,法兰、螺栓、螺母为碳钢。如需其他材质及功能请询价!
 
  全中文操作菜单,详细说明书
 
  涡街流量计有以下规格:(法兰卡装式/法兰连接式)
 
  1.脉冲输出无显示,可配二次仪表。(二次表显示瞬时流量、累积流量)
 
  2.电池供电汉字显示(显示瞬时流量、累积流量)
 
  3.24V供电汉字显示(显示瞬时流量、累积流量,输出4-20mA)
 
  4.一体化温度压力补偿(可选择电池供电或24V供电,显示温度、压力、瞬时流量、累积流    量)可以选择只带一种补偿,价格咨询客服。
 
  2.3.4项有客户需要英文显示的可以和客服说明,价格不变。
 
  其他特殊规格:
 
  1.本安防爆
 
  2.HART协议
 
  3.6.4MPa,10MPa,15MPa等
 
  4.螺纹连接/卡箍连接
 
  5.250℃以上
 
  6.大口径插入式
 
  特殊规格询价可以联系客服。
 
  仪表环境安装要求:
 
  1.尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备。仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。
 
  2.避开高温热源和辐射源的直接影响。若必须安装,须有隔热通风措施。
 
  3.避开高湿环境和强腐蚀气体环境。若必须安装,须有通风措施。
 
  4.涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上。若必须安装,须在其上下游2D处加设管道紧固装置,并加防振垫,加强抗振效果。
 
  5.仪表最好安装在室内,安装在室外应注意防水,特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形,避免水顺着电缆线进入放大器壳内。
 
  6.仪表安装点周围应该留有较充裕的空间,以便安装接线和定期维护。

4、结束语:
 笔者设计了一种基于单片机 MSP430的涡街流量计 ,利用仪表系数非线性修正法对其进行修正 ,扩大了其测量的量程范围。该方法实现简单, 功耗低,效果明显 ,适合在煤矿瓦斯抽放管路中应用且可以推广到其他行业领域。

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