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涡街流量计的基本原理

发布时间:2020-07-24   点击次数:139次

涡街基本原理

流体流经阻挡体或者是特制的元件时,产生了流动振荡通过测定其振荡频率来反映通过的流量。

涡街产生原理

在流体中设置旋涡发生体(阻流体),从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列,涡列的形成与流体雷诺数有关。

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、安装和组合;

⑤材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀,耐磨蚀,耐温变;

⑥固有频率在涡街信号的频带外。

n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,单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱,其他形状皆为这些基本形的变形。

 

流量计检测旋涡信号一般有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)可以构成不同类型的VSF。

 

旋涡频率检测方法,大致分为两类

一类是检测旋涡发生时流速变化,采用的元件有热丝、热敏电阻、超声波探头等;

另一类是检测旋涡发生时压力变化,采用的检测元件有压电元件、应变元件、膜片+压电、膜片+电容等。

热敏检测元件灵敏度高,适用于较低温度(小于200度)和较低密度的气体测量。但因热敏电阻用玻璃封装,较脆弱,故易受污物、有害物质等影响。

压电元件耐脏,应用较广。但抗震性较差、信噪比较低,如测低密度、低流速气体,环境振动较大就不宜选用。在常温下,压电陶瓷是绝缘的,阻抗为10~100兆欧。如300度高温,阻抗会降到1兆欧,输出信号变小,导致系统低频性恶化,不利于测量。

 

检测元件检测方法举例

圆柱发声体检出部分的轴向两侧开并列的偶数导压孔,导压孔与检测棒内的空腔相通。空腔内有隔墙,把空腔分隔成二部分,在隔墙中,装有通电流的铂电阻丝。当圆柱检测棒的侧后方产生旋涡时,有旋涡的一边静压大于无旋涡的一边,于是通过导压孔引起空腔内流体的移动,使得热电阻丝冷却而改变阻值,在通过电桥输出电信号。

三角柱检测器正面用低温玻璃封装的两只热敏电阻为电桥的桥臂,它由恒流源供给的微弱电流予以加热。流体在检测器两侧交替产生旋涡,产生旋涡的一侧,流速较大,致使靠近这一侧的热敏电阻温度降低而阻值升高,造成电桥不平衡,从而输出与旋涡产生的频率一致的交变电压信号。

把圆柱做成空心,中间放入一个加热的电阻丝,在隔板层开几个导压孔,当一侧产生涡列时,P变化(脉动),另一侧未变,所以流体经过导压孔突然流过电阻丝,使之冷却,温度降低,电阻减小,另一侧再产生涡列时,流体反而再次冷却,电阻减小,测出电阻下降的次数就可以推出频率f。

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