WFK2系列核心依托“卡曼渦街流體力學效應"實現(xiàn)流量測量,通過精準捕捉流體繞流產(chǎn)生的漩渦信號,經(jīng)信號處理與補償算法轉(zhuǎn)化為精準流量數(shù)據(jù),同時集成溫度測量與多場景適配設計,適配清水、工業(yè)用水及氟類液體(如Fluorinert™、Galden®等)的流量檢測,覆蓋0.4~250L/min寬量程范圍。其完整工作流程可分為“漩渦產(chǎn)生—漩渦檢測—信號轉(zhuǎn)換—數(shù)據(jù)處理—輸出與補償"五大核心環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)高精度測量。
一、核心基礎:卡曼渦街效應的產(chǎn)生機制
WFK2系列傳感器內(nèi)部流道中固定有特定形狀的“漩渦發(fā)生體"(鈍體,材質(zhì)為SUS304或SCS13不銹鋼,適配腐蝕性較低的水及氟類液體),這是產(chǎn)生卡曼渦街的關鍵部件。當被測流體(水或氟類液體)以一定速度流經(jīng)流道時,會在漩渦發(fā)生體的兩側(cè)交替分離出一系列有規(guī)律的漩渦,形成對稱排列的漩渦列,即“卡曼渦街"。
漩渦的產(chǎn)生頻率與流體流速存在嚴格的線性對應關系,核心遵循公式:f = St×v/d(其中f為漩渦頻率,St為斯特勞哈爾數(shù)——WFK2系列通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化將St校準為固定常數(shù),v為流體平均流速,d為漩渦發(fā)生體的特征尺寸)。由于傳感器流道截面積固定,流速v可進一步轉(zhuǎn)化為體積流量Q(Q=v×A,A為流道有效截面積),因此通過測量漩渦頻率f即可間接計算出流體的體積流量,這是WFK2系列測量的核心邏輯。
特別說明:WFK2系列針對不同流量范圍(0.4~5L/min至20~250L/min)設計了不同尺寸的漩渦發(fā)生體與流道,小本體型(WFK2-005/020/050)與大本體型(WFK2-100/250)的發(fā)生體尺寸、流道截面積均經(jīng)過精準匹配,確保在各自量程內(nèi)漩渦頻率與流量的線性關系穩(wěn)定,同時將壓力損失控制在0.03~0.07MPa(滿量程時),減少對管路系統(tǒng)的影響。
二、關鍵環(huán)節(jié):漩渦的精準檢測與信號采集
WFK2系列采用“熱敏式檢測"方案(適配液體介質(zhì)的穩(wěn)定檢測需求),在漩渦發(fā)生體下游對稱安裝高精度熱敏電阻(或鉑電阻)傳感器,并與加熱元件組成平衡電橋電路,實現(xiàn)對漩渦信號的高靈敏度捕捉。其檢測原理如下:
初始狀態(tài)下,加熱元件對熱敏電阻進行恒溫加熱,兩個對稱布置的熱敏電阻處于相同溫度環(huán)境,電橋電路保持平衡,輸出穩(wěn)定的基準電壓信號;
當漩渦從發(fā)生體一側(cè)分離并流經(jīng)對應側(cè)的熱敏電阻時,會帶走熱敏電阻表面的熱量,導致該側(cè)電阻阻值發(fā)生變化(溫度降低→電阻增大);
由于漩渦交替從發(fā)生體兩側(cè)分離,兩側(cè)熱敏電阻會交替出現(xiàn)溫度變化與阻值波動,破壞電橋電路的平衡狀態(tài),從而輸出與漩渦頻率同步的交替變化電壓信號(即“交變信號");
該交變信號的頻率與漩渦產(chǎn)生頻率一致,因此通過采集此信號頻率即可反向推導流體流速與流量。
補充設計:針對氟類液體(如FC-40、Novec7300等)的適配需求(SF選項機型),WFK2系列優(yōu)化了熱敏元件的封裝材質(zhì)與表面處理工藝,采用耐氟腐蝕的FKM氟橡膠密封件(對應氟類液體時更換為EPDM乙丙烯橡膠),避免流體與元件直接接觸導致?lián)p壞,同時確保檢測靈敏度不受影響。
三、信號處理:從原始信號到精準流量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化
熱敏檢測模塊輸出的原始交變信號強度較弱(mV級),且可能包含管路振動、流體擾動等干擾信號,需經(jīng)過信號處理模塊的多步優(yōu)化處理,具體流程如下:
信號放大:通過高精度運算放大器將原始微弱信號放大至可識別的V級信號,為后續(xù)處理奠定基礎;
濾波降噪:采用低通濾波電路過濾高頻干擾信號(如管路振動產(chǎn)生的高頻噪聲),同時保留與漩渦頻率對應的有效信號,確保信號純度;
波形整形:將放大、濾波后的正弦波信號轉(zhuǎn)化為標準的方波信號(數(shù)字信號),便于微處理器精準捕捉信號頻率;
頻率計數(shù)與流量換算:微處理器通過計時單元統(tǒng)計單位時間內(nèi)的方波脈沖數(shù)(即漩渦頻率f),結(jié)合預設的傳感器參數(shù)(斯特勞哈爾數(shù)St、流道截面積A、管道內(nèi)徑等),代入流量計算公式Q = St×f×A×d(優(yōu)化后簡化公式),直接計算出實時體積流量;
累計流量計算:通過對實時流量進行時間積分,得到累計流量值(范圍0~99999L或0~99999m3),電源切斷時累計數(shù)據(jù)復位,符合工業(yè)流量統(tǒng)計需求。
關鍵優(yōu)化:WFK2系列設置了“低流量切除"功能(默認切除滿量程的5%以下流量信號),避免低流量工況下漩渦產(chǎn)生不穩(wěn)定導致的測量誤差;同時采用10秒內(nèi)平均值計算機制(注2明確精度為10秒內(nèi)平均值),進一步提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
四、溫度補償與多場景適配:保障復雜工況下的測量精度
流體溫度變化會導致其密度、粘度改變,進而影響漩渦產(chǎn)生頻率與流量的線性關系,WFK2系列通過“內(nèi)置溫度傳感器+實時補償算法"解決這一問題,同時適配不同流體與工況:
溫度采集:傳感器內(nèi)置高精度溫度傳感器(與流體接觸,液體接觸部件材質(zhì)為不銹鋼),實時采集被測流體溫度(測量范圍0~100℃),并將溫度數(shù)據(jù)傳輸至微處理器;
溫度補償:微處理器根據(jù)采集到的流體溫度,調(diào)用預設的補償算法(注3明確溫度特性為±5%F.S.,25℃為基準),修正流量計算結(jié)果——例如,當流體溫度升高導致粘度降低時,算法會適當調(diào)整流量系數(shù),確保測量精度符合±2.5%F.S.(模擬輸出精度)、±2.5%F.S.±1digit(顯示精度)的標準;
流體適配優(yōu)化:針對水與氟類液體的物理特性差異(如密度、粘度不同),SF選項機型(氟類液體適配)會在出廠時預設對應的補償參數(shù),結(jié)合壓力損失與比重的換算公式(Δp?/G?=Δp?/G?,Δp為壓力損失,G為比重),進一步修正流量數(shù)據(jù),確保不同流體下的測量精度。
五、信號輸出與功能拓展:適配工業(yè)自動化需求
處理后的精準流量數(shù)據(jù)(實時流量、累計流量)與溫度數(shù)據(jù),通過多種輸出方式供工業(yè)控制系統(tǒng)使用,同時支持功能拓展:
模擬輸出:標準輸出為DC0~5V/1~5V,可選DC4~20mA或DC0~10V/1~10V,直接對應實時流量或溫度信號,適配PLC等模擬量輸入設備;
開關輸出:支持NPN或PNP晶體管集電極開路輸出(負荷電流50mA),可設定流量閾值,實現(xiàn)流量異常(超上限/下限)報警;
數(shù)字通信(IO-Link型):IO-Link對應機型(符合IEC61131-9標準)可通過數(shù)字通信傳輸流量、溫度、累計流量等數(shù)據(jù),還能遠程設定參數(shù)、復制配置,實現(xiàn)設備物聯(lián)網(wǎng)化;
顯示與操作:雙畫面LCD顯示屏可同時顯示實時流量、流體溫度、累計流量等數(shù)據(jù),支持畫面旋轉(zhuǎn)(90°步進),便于不同安裝方向下的讀數(shù);通過快捷鍵可快速調(diào)整輸出閾值等常用參數(shù),提升操作便捷性。
六、核心總結(jié):WFK2系列工作原理的關鍵優(yōu)勢
WFK2系列通過“卡曼渦街核心原理+熱敏精準檢測+溫度實時補償+多輸出適配"的組合設計,實現(xiàn)了寬量程、高精度的液體流量測量。其核心優(yōu)勢在于:一是通過優(yōu)化漩渦發(fā)生體與檢測元件的結(jié)構(gòu)匹配,確保0.4~250L/min量程內(nèi)的線性穩(wěn)定性;二是內(nèi)置溫度補償與流體適配算法,適配水、氟類液體等多種介質(zhì)及1~95℃(氟類液體可至-10~95℃)的寬溫度范圍;三是通過信號濾波、平均值計算等設計,提升復雜工業(yè)環(huán)境下的抗干擾能力與數(shù)據(jù)可靠性,最終滿足半導體制造、淬火設備、點焊機等場景的冷卻液流量管理需求。
