智能渦街流量計(jì)原理
在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式
f=SrU1/d=SrU/md （1）
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；
Sr--斯特勞哈爾數(shù)；
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比
圖1 卡曼渦街
管道內(nèi)體積流量qv為
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr （2）
K=f/qv=〔πD2md/4Sr〕-1 （3）
式中 K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。
K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見，106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測(cè)量氣體流量時(shí)，VSF的流量計(jì)算式為
圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線
式中 qVn，qV--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；
Pn，P--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對(duì)壓力，Pa；
Tn，T--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn，Z--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。
由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信號(hào)不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測(cè)質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信號(hào)應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)體積流量和流體密度，流體物性和組分對(duì)流量計(jì)量還是有直接影響的。
渦街流量計(jì)便是依據(jù)卡門旋渦原理進(jìn)行封閉管道流體流量測(cè)量的新型流量計(jì)。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補(bǔ)償即可直接測(cè)量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測(cè)量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。
為提高渦街流量計(jì)的耐高溫及抗振動(dòng)性能，我公司新近開發(fā)出了HDLU改進(jìn)型渦街流量傳感器，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和選材使該傳感器可在高溫（350℃）、強(qiáng)振動(dòng)（≤1g）的惡劣工況下使用。
在實(shí)際應(yīng)用中，往往最大流量遠(yuǎn)低于儀表的上限值，隨著負(fù)荷的變化，最小流量又往往會(huì)低于儀表的下限值，儀表并非工作在它的最佳工作段，為了解決這一問題，通常采用在測(cè)量處縮徑提高測(cè)量處的流速，并選用較小口徑的儀表以利于儀表的測(cè)量，但是這種變徑方式必須在變徑管與儀表間有長(zhǎng)度為15D以上的直管段進(jìn)行整流，使加工、安裝都不方便。我公司研制的縱斷面形狀為圓弧的LGZ變徑整流器，具有整流、提高流速及改變流速分布多重作用，其結(jié)構(gòu)尺寸小，僅為工藝管內(nèi)徑的1/3，與渦街流量計(jì)作成一體，不僅不需要另外附加一段直管段，還可以降低對(duì)工藝管直管段的要求，安裝非常方便。
為了使用方便，電池供電的本地顯示型渦街流量計(jì)采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電可不間斷運(yùn)行一年以上，節(jié)省了電纜和顯示儀表的采購安裝費(fèi)用，可就地顯示瞬時(shí)流量、累積流量等。溫度補(bǔ)償一體型渦街流量計(jì)還帶有溫度傳感器，可以直接測(cè)量出飽和蒸汽的溫度并計(jì)算出壓力，從而顯示飽和蒸汽的質(zhì)量流量。溫壓補(bǔ)償一體型帶有溫度、壓力傳感器，用于氣體流量測(cè)量可直接測(cè)量出氣體介質(zhì)的溫度和壓力，從而顯示氣體的標(biāo)況體積流量。
◆測(cè)量介質(zhì)：氣體、液體、蒸氣
◆口徑規(guī)格法蘭卡裝式口徑選擇25,32,50,80,100
◆法蘭連接式口徑選擇100,150,200
◆流量測(cè)量范圍正常測(cè)量流速范圍?雷諾數(shù)1.5×104～4×106；氣體5～50m/s;液體0.5～7m/s
正常測(cè)量流量范圍液體、氣體流量測(cè)量范圍見表2；蒸氣流量范圍見表3
◆測(cè)量精度1.0級(jí)，1.5級(jí)
◆被測(cè)介質(zhì)溫度:常溫–25℃～100℃
◆高溫–25℃～150℃ -25℃～250℃
◆輸出信號(hào)脈沖電壓輸出信號(hào)高電平8～10V 低電平0.7～1.3V
◆脈沖占空比約50%,傳輸距離為100m
◆脈沖電流遠(yuǎn)傳信號(hào)4～20 mA,傳輸距離為1000m
◆儀表使用環(huán)境溫度:-25℃～+55℃ 濕度:5～90% RH50℃
◆材質(zhì)不銹鋼, 鋁合金
◆電源DC24V或鋰電池3.6V
◆防爆等級(jí)本安型iaIIbT3-T6,防護(hù)等級(jí)IP65
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代號(hào)
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通徑
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流量范圍m³/h
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HD-LU-25
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DN25
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1~10(液體)
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8.8~55(氣體)
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9~80(蒸汽)
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蒸汽流量請(qǐng)查看說明書，DN300以上推薦使用
插入式渦街流量計(jì)
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HD-LU-32
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DN32
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1.5~18(液體)
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15~140(氣體)
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15~130(蒸汽)
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HD-LU-40
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DN40
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2.2~27(液體)
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20~160(氣體)
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20~200(蒸汽)
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HD-LU-50
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DN50
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4~55(液體)
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25~205(氣體)
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32~320(蒸汽)
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HD-LU-65
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DN65
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6~80(液體)
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35~350(氣體)
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54~540(蒸汽)
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HD-LU-80
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DN80
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9~135(液體)
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70~700(氣體)
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82~820(蒸汽)
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HD-LU-100
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DN100
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14~200(液體)
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130~1300(氣體)
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128~1280(蒸汽)
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HD-LU-125
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DN125
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26~260(液體)
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220~2200(氣體)
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200~2000(蒸汽)
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HD-LU-150
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DN150
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32~480(液體)
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350~3500(氣體)
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290~2900(蒸汽)
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HD-LU-200
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DN200
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56~800(液體)
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550~5500(氣體)
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590~5100(蒸汽)
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HD-LU-250
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DN250
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100~1000(液體)
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850~8500(氣體)
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930~8000(蒸汽)
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HD-LU-300
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DN300
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150~1500(液體)
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1350~13500(氣體)
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1330~11440(蒸汽)
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代號(hào)
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功能1
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N
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無溫壓補(bǔ)償
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Y
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有溫壓補(bǔ)償
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代號(hào)
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輸出型號(hào)
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F1
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4-20mA輸出(二線制)
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F2
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4-20mA輸出(三線制)
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F3
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RS485通訊接口
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符號(hào)
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被測(cè)介質(zhì)
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J1
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液體
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J2
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氣體
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J3
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蒸汽
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代號(hào)
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連接方式
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L1
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法蘭卡裝式
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L2
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法蘭連接式
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代號(hào)
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功能2
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E1
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1.0級(jí)
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E2
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1.5級(jí)
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T1
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常溫
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T2
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高溫
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T3
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蒸汽
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P1
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1.6MPa
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P2
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2.5MPa
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P3
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4.0MPa
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D1
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內(nèi)部3.6V供電
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D2
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DC24V供電
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B1
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不銹鋼
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B2
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碳鋼
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渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):
① HD-LU智能渦街流量計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是抗振性能特別好，無零點(diǎn)漂移，可靠性高。通過長(zhǎng)時(shí)間對(duì)渦街流量計(jì)進(jìn)行的大量波形分析和頻譜分析，龍勝設(shè)計(jì)出了最佳的探頭形狀、壁厚，高度、探頭桿直徑及與之相配套的壓電晶體，采用先進(jìn)的數(shù)控車床進(jìn)行加工，確保加工的同軸度和光潔度等技術(shù)參數(shù)，配合特殊的工藝處理，從而最大限度的克服渦街流量計(jì)存在的固有自振蕩頻率對(duì)信號(hào)的影響這個(gè)通病。這是龍勝公司在制作渦街流量計(jì)方面的技術(shù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得龍勝公司出廠的渦街流量計(jì)具有量好的抗振動(dòng)能力。
②FFM63系列智能渦街流量計(jì)的傳感器的通用性很強(qiáng)，從而使傳感器具有良好的互換性采用先進(jìn)數(shù)控設(shè)備加工傳感器的表體和旋渦發(fā)生體等，確保加工精度，從而使零部件（特別是旋渦發(fā)生體）的通用性強(qiáng)，從而真正做到不會(huì)因零部件的更換而影響傳感器的重復(fù)性和精度；能產(chǎn)生強(qiáng)大而穩(wěn)定的渦街信號(hào)。
③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無可動(dòng)部件，可靠性高，使用維護(hù)方便。
④檢測(cè)元件不與介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)
傳感器采用檢測(cè)探頭與旋渦發(fā)生體分開安裝，而且耐高溫的壓電晶體密封在檢測(cè)探頭內(nèi)，不與被測(cè)介質(zhì)接觸，所以FFM63系列渦街流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
⑤輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)或模擬信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，精度高，方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)
⑥測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1：10
⑦渦街流量計(jì)測(cè)量體積流量時(shí)不需補(bǔ)償，渦街輸出的信號(hào)實(shí)際上是與流速成線性關(guān)系的，也就是與體積流量成正比。壓力和溫度補(bǔ)償?shù)哪康氖菫榱说玫搅黧w的密度，乘以體積流量就得到質(zhì)量流量，若測(cè)量氣體的體積流量就不需要補(bǔ)償了。
⑧壓力損失小。
用口徑DN50的渦街流量計(jì)測(cè)量可燃?xì)怏w的流量，若管道內(nèi)的最大流量Qmax ＝200m3/h時(shí)，傳感器的壓力損失是：△P ＝1.08×10-6 ρv2（kPa）= 0.605 KPa
⑨在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，流量特性不受流體壓力、溫度、黏度、密度、成分的影響，僅是與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)。
⑩應(yīng)用范圍廣，蒸汽、氣體、液體流量均可測(cè)量。
渦街流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)
●測(cè)量流體：飽和蒸汽、過熱蒸汽、氣體、液體（避免多相流）
●測(cè)量準(zhǔn)確度及重復(fù)性：
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測(cè)量流體
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準(zhǔn)確度
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重復(fù)性
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氣體（含蒸汽）
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1.0級(jí)
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0.33%
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液體
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1.5級(jí)
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0.5%
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●測(cè)量范圍
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測(cè)量流體
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流速下限（m/s）
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流速上限(m/s)
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氣體（含蒸汽）
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7
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70
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液體
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0.7
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7
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●額定壓力：1.6MPa、2.5MPa、6.3MPa
●流體溫度：-40℃～250℃(普通型)，100℃～350℃(普通型)
●結(jié)構(gòu)類型：一體型渦街流量計(jì)
●結(jié)構(gòu)材質(zhì)
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部件名稱
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材質(zhì)
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傳感器表體
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304不銹鋼、316不銹鋼
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旋渦發(fā)生體
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304不銹鋼、316不銹鋼
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檢測(cè)探頭
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316L
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連桿
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304不銹鋼
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散熱器
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鋁合金
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墊片
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耐高溫石棉墊、丁晴橡膠墊片、石墨墊片
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●工作電源
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第一種電源方式
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3.6V鋰電池供電（就地顯示型）
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第二種電源方式
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24VDC（或12VDC）
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第二種電源方式
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24VDC（或12VDC）或3.6V鋰電池供電雙電源供電
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●輸出信號(hào)：脈沖輸出、4～20mA 電流輸出，RS485通訊等三種輸出可供選擇
●電氣接口：M20*1.5
●防護(hù)等級(jí)：IP65
●表體處理：傳感器表體采用不銹鋼噴砂，放大器外殼采用噴塑。
●環(huán)境溫度：-35℃～60℃（無LCD）、-5℃～60℃（帶LCD）
●相對(duì)濕度：5%～95℃
一般原則：在易受電噪聲干擾的場(chǎng)所，使用屏蔽電纜。屏蔽層應(yīng)可靠的接在放大器的接地螺絲上或在控制室接工作接地。在高溫或低溫環(huán)境中或者是現(xiàn)場(chǎng)空氣中含有油、溶劑或其他腐蝕性氣體時(shí)，要采用適合于這種特殊場(chǎng)合的的屏蔽電纜。
頻率信號(hào)輸出的接線
輸出頻率信號(hào)的流量計(jì)與其它設(shè)備之間采用三線制傳輸，供電電源為24VDC±10%（或12VDC），輸出回路的最小負(fù)載電阻為10KΩ，最大電容為0.2UF。
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如何正確選擇安裝點(diǎn)
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正確地選擇安裝點(diǎn)和正確安裝傳感器都是非常重要的環(huán)節(jié)，若在安裝環(huán)節(jié)失誤輕者影響測(cè)量精度，重者會(huì)影響傳感器的使用壽命，甚至損壞傳感器。考慮到安裝與拆卸的方便，可在流量計(jì)后加裝管道伸縮節(jié);
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對(duì)直管段的要求
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傳感器對(duì)安裝點(diǎn)的上下游直管段有一定要求，否則會(huì)影響測(cè)量精度。
若傳感器安裝點(diǎn)的上游有>15°漸縮管，傳感器上游應(yīng)有不小于15D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
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若傳感器安裝點(diǎn)的上游有>15°漸擴(kuò)管，傳感器上游應(yīng)有不小于18D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
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若傳感器安裝點(diǎn)的上游有90°彎并沒有或T形接頭，傳感器上游應(yīng)有不小于20D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
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若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有二個(gè)90°彎頭，傳感器上游應(yīng)有不小于25D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
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若傳感器安裝點(diǎn)的上游在不同平面上有二個(gè)90°彎頭，傳感器上游應(yīng)有不小于40D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
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流量調(diào)節(jié)閥或壓力調(diào)節(jié)閥盡量安裝在傳感器的下游5D以遠(yuǎn)處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游應(yīng)有不小于50D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
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特點(diǎn)注意：
傳感器安裝點(diǎn)的上游較近處若裝有閥門，不斷地開關(guān)閥門，對(duì)傳感器的使用壽命影響極大，非常容易對(duì)傳感器造成永久性損壞。
傳感器晝避免在架空的非常長(zhǎng)的管道上安裝傳感器，這樣時(shí)間一長(zhǎng)后，由于傳感器的下垂非常容易造成傳感器與法蘭間的密封泄漏，若不得已要安裝時(shí)，必須在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置。
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對(duì)配管的要求
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傳感器對(duì)安裝點(diǎn)的上下游直管段有一定要求，否則會(huì)影響測(cè)量精度。
傳感器安裝點(diǎn)的上下游配管的內(nèi)徑應(yīng)與傳感器內(nèi)徑相同，其應(yīng)滿足下式的要求。
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0.98DN≤D≤1.05DN
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式中：
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DN-----傳感器通徑
D------配管內(nèi)徑
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配管應(yīng)與傳感器同心，同軸念頭應(yīng)不大于0.05DN。
傳感器與法蘭的密封墊不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比傳感器內(nèi)徑略大。
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對(duì)旁通管的要求
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為方便檢修傳感器，最好為傳感器安裝旁通管。另外，在需清洗的管道上或所安裝傳感器的管道內(nèi)的流體不能為檢修傳感器而停供的情況下，必須安裝在旁通管，并且保證前后直管段
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對(duì)管道振動(dòng)的要求
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傳感器盡量避免安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上，若不得已要安裝時(shí)，必須采用減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置，并加防振墊。
特別注意：在空壓機(jī)出口處振動(dòng)較強(qiáng)，不能安裝傳感器，應(yīng)安裝在儲(chǔ)氣罐之后。
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對(duì)外部環(huán)境的要求
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1．傳感器避免安裝在溫度變化很大的場(chǎng)所和受到設(shè)備的熱輻射，若必須安裝時(shí)，須有隔熱通風(fēng)的措施。
2．傳感器避免安裝在含有腐蝕性氣體的環(huán)境中，若必須安裝時(shí)，須有通風(fēng)措施。
3．傳感器最好安裝在室內(nèi)，必須安裝在室外時(shí)，須有防潮和防曬的措施，注意水是否會(huì)順著電纜線流入放大
器盒內(nèi)。
4．安裝傳感器的周圍須有充裕的空間，應(yīng)有照明燈和電源插座，以便安裝接線和定維護(hù)。
5．傳感器的接線位置要遠(yuǎn)離電噪聲，如大功率變壓器、電機(jī)機(jī)和電源等。
6．傳感器安裝點(diǎn)附近不能有無線電收發(fā)機(jī)存在，否則高頻噪聲會(huì)干擾傳感器的正常使用。
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傳感器在水平管道上的安裝
在水平管道上安裝是流量傳感器最常用的安裝方式。
測(cè)量氣體流量時(shí)，若被測(cè)氣體中含有少量的液體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處
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測(cè)量液體流量時(shí)，若被測(cè)液體中含有少量的氣體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。
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傳感器在垂直管道的安裝
測(cè)量氣體流量時(shí)，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測(cè)氣體中含有少量的液體，氣體流向應(yīng)由下向上。
測(cè)量液體流量時(shí)，液體流向應(yīng)由下向上，這樣就不會(huì)將液體重量額外附加在探頭上。
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傳感器在水平管道的側(cè)裝
無論測(cè)量何種流體，傳感器可以在水平管道上側(cè)裝。特別是測(cè)量過熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許最好采用側(cè)裝，這樣流體的溫度對(duì)放大器的影響較小。
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傳感器在水平管道的倒裝
一般情況下不推薦用此安裝方法。此安裝方法不適用于測(cè)量一般氣體、過熱蒸汽�？捎糜跍y(cè)量飽和蒸汽，適用于測(cè)量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。
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本儀表采用法蘭夾裝式（又叫對(duì)夾式，夾持式），擰緊長(zhǎng)螺栓用兩片法蘭夾住傳感器，法蘭凹部套傳感器，法蘭凸部套用戶管，安裝步驟如下：
1.先計(jì)算好安裝尺寸；
2.將與要安裝的管道放在鋸床上鋸開，并修好鋸口；
3.將法蘭套在管道上，固定好后先點(diǎn)焊，再整圈焊好，檢查是否完好；
4.重復(fù)上一步，將另一邊法蘭焊好；
5.將焊好法蘭的管道移到安裝現(xiàn)場(chǎng)，把管道與傳感器安裝成一體，再安裝在管線上；
6.檢查各環(huán)節(jié)是否完好，慢慢打開閥門，觀察是否有泄露。
特別注意：
①流體流向必須與傳感器表體上的流向箭頭保持一致；
②安裝傳感器時(shí)，在電焊法蘭或管道過程中，傳感器須不在管道上，以免損壞傳感器的電子放大電路；
③傳感器兩邊的法蘭必須保持平行，否則容易泄露。
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