智能渦街流量計原理
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)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(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。當測量氣體流量時，VSF的流量計算式為
圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線
式中 qVn，qV--分別為標準狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；
Pn，P--分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；
Tn，T--分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn，Z--分別為標準狀態(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)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信號應(yīng)同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。
渦街流量計便是依據(jù)卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。
為提高渦街流量計的耐高溫及抗振動性能，我公司新近開發(fā)出了HDLU改進型渦街流量傳感器，因其獨特的結(jié)構(gòu)和選材使該傳感器可在高溫（350℃）、強振動（≤1g）的惡劣工況下使用。
在實際應(yīng)用中，往往最大流量遠低于儀表的上限值，隨著負荷的變化，最小流量又往往會低于儀表的下限值，儀表并非工作在它的最佳工作段，為了解決這一問題，通常采用在測量處縮徑提高測量處的流速，并選用較小口徑的儀表以利于儀表的測量，但是這種變徑方式必須在變徑管與儀表間有長度為15D以上的直管段進行整流，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，與渦街流量計作成一體，不僅不需要另外附加一段直管段，還可以降低對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采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電可不間斷運行一年以上，節(jié)省了電纜和顯示儀表的采購安裝費用，可就地顯示瞬時流量、累積流量等。溫度補償一體型渦街流量計還帶有溫度傳感器，可以直接測量出飽和蒸汽的溫度并計算出壓力，從而顯示飽和蒸汽的質(zhì)量流量。溫壓補償一體型帶有溫度、壓力傳感器，用于氣體流量測量可直接測量出氣體介質(zhì)的溫度和壓力，從而顯示氣體的標況體積流量。
◆測量介質(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
◆流量測量范圍正常測量流速范圍?雷諾數(shù)1.5×104～4×106；氣體5～50m/s;液體0.5～7m/s
正常測量流量范圍液體、氣體流量測量范圍見表2；蒸氣流量范圍見表3
◆測量精度1.0級，1.5級
◆被測介質(zhì)溫度:常溫–25℃～100℃
◆高溫–25℃～150℃ -25℃～250℃
◆輸出信號脈沖電壓輸出信號高電平8～10V 低電平0.7～1.3V
◆脈沖占空比約50%,傳輸距離為100m
◆脈沖電流遠傳信號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
◆防爆等級本安型iaIIbT3-T6,防護等級IP65
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代號
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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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蒸汽流量請查看說明書，DN300以上推薦使用
插入式渦街流量計
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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
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功能1
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N
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無溫壓補償
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Y
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有溫壓補償
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代號
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輸出型號
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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
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被測介質(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
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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
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功能2
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E1
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1.0級
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E2
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1.5級
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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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渦街流量計的優(yōu)點:
① HD-LU智能渦街流量計的最大優(yōu)點是抗振性能特別好，無零點漂移，可靠性高。通過長時間對渦街流量計進行的大量波形分析和頻譜分析，龍勝設(shè)計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，采用先進的數(shù)控車床進行加工，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存在的固有自振蕩頻率對信號的影響這個通病。這是龍勝公司在制作渦街流量計方面的技術(shù)獨特優(yōu)勢，使得龍勝公司出廠的渦街流量計具有量好的抗振動能力。
②FFM63系列智能渦街流量計的傳感器的通用性很強，從而使傳感器具有良好的互換性采用先進數(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，從而真正做到不會因零部件的更換而影響傳感器的重復(fù)性和精度；能產(chǎn)生強大而穩(wěn)定的渦街信號。
③結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，可靠性高，使用維護方便。
④檢測元件不與介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定，使用壽命長
傳感器采用檢測探頭與旋渦發(fā)生體分開安裝，而且耐高溫的壓電晶體密封在檢測探頭內(nèi)，不與被測介質(zhì)接觸，所以FFM63系列渦街流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點。
⑤輸出與流量成正比的脈沖信號或模擬信號，無零點漂移，精度高，方便與計算機聯(lián)網(wǎng)
⑥測量范圍寬，量程比可達1：10
⑦渦街流量計測量體積流量時不需補償，渦街輸出的信號實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，若測量氣體的體積流量就不需要補償了。
⑧壓力損失小。
用口徑DN50的渦街流量計測量可燃氣體的流量，若管道內(nèi)的最大流量Qmax ＝200m3/h時，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、液體流量均可測量。
渦街流量計的技術(shù)參數(shù)
●測量流體：飽和蒸汽、過熱蒸汽、氣體、液體（避免多相流）
●測量準確度及重復(fù)性：
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測量流體
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準確度
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重復(fù)性
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氣體（含蒸汽）
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1.0級
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0.33%
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液體
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1.5級
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0.5%
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●測量范圍
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測量流體
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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
●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：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
●防護等級：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）
●相對濕度：5%～95℃
一般原則：在易受電噪聲干擾的場所，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)場空氣中含有油、溶劑或其他腐蝕性氣體時，要采用適合于這種特殊場合的的屏蔽電纜。
頻率信號輸出的接線
輸出頻率信號的流量計與其它設(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
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正確地選擇安裝點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)失誤輕者影響測量精度，重者會影響傳感器的使用壽命，甚至損壞傳感器�？紤]到安裝與拆卸的方便，可在流量計后加裝管道伸縮節(jié);
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對直管段的要求
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傳感器對安裝點的上下游直管段有一定要求，否則會影響測量精度。
若傳感器安裝點的上游有>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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若傳感器安裝點的上游有>15°漸擴管，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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若傳感器安裝點的上游在同一平面上有二個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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若傳感器安裝點的上游在不同平面上有二個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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特點注意：
傳感器安裝點的上游較近處若裝有閥門，不斷地開關(guān)閥門，對傳感器的使用壽命影響極大，非常容易對傳感器造成永久性損壞。
傳感器晝避免在架空的非常長的管道上安裝傳感器，這樣時間一長后，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，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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對配管的要求
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傳感器對安裝點的上下游直管段有一定要求，否則會影響測量精度。
傳感器安裝點的上下游配管的內(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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對管道振動的要求
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傳感器盡量避免安裝在振動較強的管道上，若不得已要安裝時，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：在空壓機出口處振動較強，不能安裝傳感器，應(yīng)安裝在儲氣罐之后。
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對外部環(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所和受到設(shè)備的熱輻射，若必須安裝時，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，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，須有防潮和防曬的措施，注意水是否會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。
5．傳感器的接線位置要遠離電噪聲，如大功率變壓器、電機機和電源等。
6．傳感器安裝點附近不能有無線電收發(fā)機存在，否則高頻噪聲會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。
測量氣體流量時，若被測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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測量液體流量時，若被測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
測量氣體流量時，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測氣體中含有少量的液體，氣體流向應(yīng)由下向上。
測量液體流量時，液體流向應(yīng)由下向上，這樣就不會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
無論測量何種流體，傳感器可以在水平管道上側(cè)裝。特別是測量過熱蒸汽，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量一般氣體、過熱蒸汽�？捎糜跍y量飽和蒸汽，適用于測量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。
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本儀表采用法蘭夾裝式（又叫對夾式，夾持式），擰緊長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，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，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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