一体化智能均速管流量计研制

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1、theuserstoimplantmeterfactorandtomakedisplayswitching．ThesystemhasRS485communicationtorealizelongdistancetransmission．Inordertoensurestableoperation，thesystemhasextrawatchdogcircuitandpowerprotectioncircuit．KEYWORDS：AveragingPitotTubeflowmeter,Integration，Intelligent，Temperatureandpres

2、surecompensation，Nonlinearcorrection第一章绪论1．1一体化智能均速管流量计概述1．1．1均速管流量计的概述随着科学技术的不断发展和国民经济的飞速提高，流量检测领域也面临着巨大的机遇和挑战。一方面，随着经济的发展，能源的紧缺，国际贸易的增多，流量检测仪表的需求呈急速上升的趋势：另一方面，科技的进步为流量仪表实现智能化提供了必要前提。在近二三十年来，工业工程项目不断趋于大型化，工程中管道口径大于500mm的情况非常普遍【1‘31。采用传统的流量检测仪表出现了弊端：由于仪表体积庞大造成施工不便，压力损失大，耗能多，成本昂贵。正是在这种市

3、场需求下均速管流量计应运而生【4-8】。均速管流量计是基于皮托管测速原理发展起来的一种差压式流量计，它是通过测量管道截面上不同点的流速来推算流量【4‘8】。它主要用来测量液体和气体流量。与传统流量计相比，均速管流量计具有以下几个独特的优势⋯5】：(1)t结构简单，成本低廉，便于安装拆卸，检修方便。(2)不可恢复压力损失小，节约能源【16】。(3)应用范围广，适用于任何液体、气体(有杂质，污垢的除外)；温度范围宽，温度上限主要取决于检测杆材质。(4)长期稳定性良好⋯41。由于结构简单，检测杆为一体化结构，没有可动部分，所以长期稳定性良好。正是由于以上这些独特的优点，均

4、速管流量计在一些特定的场合得到了广泛的应用。在DN200口径以上的管道中，均速管流量计的应用比例达到了50％以上。当然，均速管流量计也有它的局限性⋯61。(1)由于检测孔直径一般小于10mm，工业现场的被测介质不可能完全纯净，所以检测孔非常容易被堵塞。为解决这一问题，许多厂家开始研究反吹扫均速管流量计，这在一定程度上改善了均速管流量计的性能。(2)压力损失小既是均速管流量计的优势，同时又是它的劣势，它直接导致检测杆的输出差压信号比其他流量计要小。在低流速的情况下，这种局限性就更加明显，有时差压信号只有几十帕，这给后续信号检测处理带来很大困难。为解第一章绪论决这一难题

5、，许多专家学者开始研究均速管流量计的检测杆截面形状，试图从截面形状入手提高测量性能。比较流行的几种均速管流量计检测杆截面形状有⋯4】：圆形，如图1．1(a)所示，它是均速管流量计的最初截面形状，结构简单，加工方便，但是分离点不固定，导致均速管流量计线性度较差。菱形，如图1．1(b)(c)所示，为克服圆形截面分离点不固定的缺点，科研人员进一步推出菱形截面均速管流量计，菱形截面两侧的固定尖角形成流体固定的分离点，性能得到很大的改善。但同时带来了较大的漩涡，稳定性和线性度均下降。子弹头型，如图1-1(d)所示，是1992年由美国Veris公司推出，静压检测孔位于分离点的前

6、面，既可以避免漩涡对静压的影响，提高线性度，又可以防止流体倒流堵塞静压取压孔，但静压孔的位置导致输出差压信号的进一步减弱，小流量测量更加困难。Delta形，如图1．1(e)所示，由德国思科公司推出，它的性能与菱形均速管相似，但由于使用特殊的材质，温度范围更宽，并可用于腐蚀性介质。此外还有T形、翼形等不同的截面形状。⑦一三◇王◇(a)圆形(b)菱形一I形(c)菱形一II形岛辰冷≮髟(d)子弹头形(e)Delta形图1．1不同的均速管截面形状此外，还有很多科研人员对截面形状进行了研究。Seshadri和Gandhi[17。23】等人对圆形、菱形、椭圆形截面均速管流量传感

7、器的压力损失、仪表系数、检测杆周围流场分布情况等进行了研究。Dobrowolski和Kabacifiskit24-28]等人对5种截面形状均速管的性能进行了对比分析，更深入地分析了子弹头形均速管，并提出了它的数学模型。Wecel与Chmielniak【29-30j等人研究了8种截面形状均速管的性能。Abacifiski与Pospolita[3l-39】等人研究了15种不同截面形状的均速管流量传感器，最终优化设计出一种双翼型均速管。Li-junSun[40】提出了一种整流翼型均速管流第一章绪论量计，并对它进行了大量的数值仿真和流量实验研究。除了截面形状，检测孔的位