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    渦街流量計的工作原理


    一、工作原理

    在流體中設置旋渦發(fā)生體(阻流體),從旋渦發(fā)生體兩側交替地產(chǎn)生有規則的旋渦,這種旋渦稱(chēng)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(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來(lái)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)生體兩側平均流速,m/s;

    Sr--斯特勞哈爾數;

    m--旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比

    圖1 卡曼渦街

    管道內體積流量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,脈沖數/m3(P/m3)。

    K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外,還與斯特勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數為無(wú)量綱參數,它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān),圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系圖。由圖可見(jiàn),在ReD=2×104~7×106范圍內,Sr可視為常數,這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時(shí),VSF的流量計算式為

    圖2 斯特勞哈爾數與雷諾數關(guān)系曲線(xiàn)

    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。

    由上式可見(jiàn),VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響,即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發(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(shí)流量計的輸出信號應同時(shí)監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。

    二、結構

    VSF由傳感器和轉換器兩部分組成,如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體(阻流體)、檢測元件、儀表表體等;轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、D/A轉換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來(lái)智能式流量計還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉換器內。

    圖3 渦街流量計

    (1)旋渦發(fā)生體

    旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件,它與儀表的流量特性(儀表系數、線(xiàn)性度、范圍度等)和阻力特性(壓力損失)密切相關(guān),對它的要求如下。

    1)能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線(xiàn)方向上同步分離;

    2)在較寬的雷諾數范圍內,有穩定的旋渦分離點(diǎn),保持恒定的斯特勞哈爾數;

    3)能產(chǎn)生強烈的渦街,信號的信噪比高;

    4)形狀和結構簡(jiǎn)單,便于加工和幾何參數標準化,以及各種檢測元件的安裝和組合;

    5)材質(zhì)應滿(mǎn)足流體性質(zhì)的要求,耐腐蝕,耐磨蝕,耐溫度變化;

    6)固有頻率在渦街信號的頻帶外。

    已經(jīng)開(kāi)發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體,它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類(lèi),如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱,其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應用最廣泛的一種,


    如圖5所示。

    圖中D為儀表口徑。為提高渦街強度和穩定性,可采用多旋渦發(fā)生體,不過(guò)它的應用并不普遍。

    d/D=0.2~0.3;c/D=0.1~0.2;

    b/d=1~1.5;θ=15o~65o

    ⑵檢測元件

    流量計檢測旋渦信號有5種方式。

    1)用設置在旋渦發(fā)生體內的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側差壓;

    2)旋渦發(fā)生體上開(kāi)設導壓孔,在導壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側差壓;

    3)檢測旋渦發(fā)生體周?chē)蛔儹h(huán)流;

    4)檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓;

    5)檢測尾流中旋渦列。

    根據這5種檢測方式,采用不同的檢測技術(shù)(熱敏、超聲、應力、應變、電容、電磁、光電、光纖等)可以構成不同類(lèi)型的VSF,如表1所示。


    表1 旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表

    檢測元件把渦街信號轉換成電信號,該信號既微弱又含有不同成分的噪聲,必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。⑶ 轉換器

    不同檢測方式應配備不同特性的前置放大器,如表2所列。



    ⑷ 儀表表體

    儀表表體可分為夾持型和法蘭型,如圖7所示。

    圖7 儀表表體

    三、安裝注意事項

    VSF屬于對管道流速分布畸變、旋轉流和流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計,因此,對現場(chǎng)管道安裝條件應充分重視,遵照生產(chǎn)廠(chǎng)使用說(shuō)明書(shū)的要求執行。

    VSF可安裝在室內或室外。如果安裝在地井里,有水淹的可能,要選用涎水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝,但測量液體和氣體時(shí)為防止氣泡和液滴的干擾,安裝位置要注意,如圖16所示。

    圖16 混相流體的安裝

    (a)測量含液體的氣體流量?jì)x表安裝;

     
    發(fā)布時(shí)間:2020/4/16 該信息已被瀏覽5598次! 關(guān)閉窗口

     
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