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技术文章-涡街流量计

涡街流量计的原理及结构组成

发布时间:2022-10-26 09:32:09 人气: 130

结构组成

涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器包括旋涡发生体(阻流体)、检测元件、仪表表体等;转换器包括前置放大器、滤波整形电路、 D / A 转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。

e7.jpg

( 1 )旋涡发生体

 旋涡发生体是检测器的主要部件,它与仪表的流量特性(仪表系数、线性度、范围度等)和阻力特性(压力损失)密切相关,对它的要求如下。

1)能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离;

2)在较宽的雷诺数范围内,有稳定的旋涡分离点,保持恒定的斯特劳哈尔数;

3)能产生强烈的涡街,信号的信噪比高;

4)形状和结构简单,便于加工和几何参数标准化,以及各种检测元件的安装和组合;

5)材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀,耐磨蚀,耐温度变化;

6)固有频率在涡街信号的频带外。

已经开发出形状繁多的旋涡发生体,它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类。三角柱形旋涡发生体是应用广泛的一种,为提高涡街强度和稳定性,可采用多旋涡发生体,不过它的应用并不普遍。

( 2 )检测元件

涡街流量计检测旋涡信号有 5 种方式。

1)用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压;

2)旋涡发生体上开设导压孔,在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压;

3)检测旋涡发生体周围交变环流;

4)检测旋涡发生体背面交变差压;

5)检测尾流中旋涡列。

根据这 5 种检测方式,采用不同的检测技术(热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等)可以构成不同类型涡街流量计。

( 3 )转换器

检测元件把涡街信号转换成电信号,该信号既微弱又含有不同成分的噪声,必须进行放大、滤波、整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号 . 不同检测方式应配备不同特性的前置放大器。

( 4 )仪表表体

仪表表体可分为夹持型和法兰型。


工作原理 

在流体中设置非流线型旋涡发生体(阻流体),则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图(一)所示。

b4.jpg

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为 f,被测介质来流的平均速度为 V,旋涡发生体迎流面宽度为 d,表体通径为 D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式:

f=StV/d   公式(1)

式中:

f-发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St-斯特罗哈尔数(无量纲数)

V-流体的平均流速

d-旋涡发生体的宽度

由此可见,通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。其中,斯特罗哈尔数(St)是无因次未知数,图(二)表示斯特罗哈尔数(St)与雷诺数(Re)的关系。

b5.jpg

在曲线表中 St=0.17 的平直部分,漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量传感器测量范围度。只要检测出频率 f 就可以求得管内流体的流速,由流速 V 求出体积流量。所测得的脉冲数与体积量之比,称为仪表常数(K),见式(2)

K=N/Q(1/m3)   公式(2)

式中:K=仪表常数(1/m3)。

N=脉冲个数

Q=体积流量(m3)

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