渦街流量計(jì)介紹和應(yīng)用

1、渦街流量計(jì)介紹和應(yīng)用渦街流量計(jì)是液體振動(dòng)流量計(jì)的一種。具有以下特點(diǎn)：1）輸出為脈沖頻率，其頻率與被測(cè)流體的實(shí)際體積流量成正比，它不受流 體組分、密度、壓力、溫度的影響；2）測(cè)量范圍寬，一般范圍度可達(dá) 10: 1以上；3）精確度為中上水平；4）無可動(dòng)部件，可靠性高；5）結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；6）應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣。渦街流量汁簡稱VSFiE流量計(jì)。VSF是在流體中安放一根（或多根）非流線型阻流體，流體在阻流體兩側(cè)交 替地分離釋放出兩用規(guī)則的旋渦，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道 內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測(cè)元件測(cè)出旋渦頻率就可以推算出流體的 流量。工

2、作原理在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），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。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,被測(cè)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m=1- d/Dj 1- D? + 知"9 |管道內(nèi)體積流量qv為qv=兀 D2U/4=tt D2mdf/4Sr（2）K=f/qv=兀 D2md/4Sr-1（3）式中K-流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈

3、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)。在ReD=2< 1047 x 106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測(cè)量氣體流量時(shí)，VSF 的流量計(jì)算式為門_ pin Tn f pTrk 2n PnT Z = K PnT Z式中qVn, qV-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0oC或20°C, 101.325kPa）和工況下的體 積流量，m3/h;Pn, P-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對(duì)壓力，Pa；Tn, T-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K;Zn, Z-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀

4、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(hào)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(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測(cè)質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信號(hào)應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)體積流量和流體密度，流體物性和組分對(duì)流量計(jì)量還是有直接影響的。結(jié)構(gòu)VSF由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測(cè) 元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、DA轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。近年來智能式流量計(jì)還把微處理器、顯 示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。（1）旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體是檢測(cè)器的主要部件

5、，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、線性度、 范圍度等）和阻力特性（壓力損失）密切相關(guān)，對(duì)它的要求如下。1）能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離；2）在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾 數(shù)；3）能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信號(hào)的信噪比高；4）形狀和結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種檢測(cè)元件的安 裝和組合；5）材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(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(hào)的頻帶外。已經(jīng)開發(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。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(yīng)用最

6、廣泛的一種。為提高渦街強(qiáng)度和穩(wěn)定性， 可采用多旋渦發(fā)生體，不過它的應(yīng)用并不普遍。檢測(cè)元件流量計(jì)檢測(cè)旋渦信號(hào)有5種方式。1)用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測(cè)元件直接檢測(cè)發(fā)生體兩側(cè)差壓；2)旋渦發(fā)生體上開設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓孔中安裝檢測(cè)元件檢測(cè)發(fā)生體兩側(cè)差壓；3)檢測(cè)旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流；4)檢測(cè)旋渦發(fā)生體背面交變差壓；5)檢測(cè)尾流中旋渦列。根據(jù)這5種檢測(cè)方式，采用不同的檢測(cè)技術(shù)(熱敏、超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等)可以構(gòu)成不同類型的VSF如表1所示表1旋渦發(fā)生體和檢測(cè)方式一覽表序 號(hào)旋渦發(fā) 生體截 面形狀傳感器序 號(hào)旋渦發(fā) 生體截 面形狀傳感器檢測(cè)方 式檢測(cè)元件檢測(cè)方式檢測(cè)元件11 1力式

7、5)超聲波束94%方式2)反射鏡/光電元件2如方式2)力式3)力式5)方式1)懸臂梁/電容，懸臂梁/壓 電片熱敏元件超聲波束應(yīng)變?cè)?0s婚力式5)膜片/壓電元件11H 9力式3)扭力管/壓電元件3方式1)方式2)壓電元件 壓電元件12日如方式4)扭力管/壓電元件4方式1)方式2)方式2)膜片/電容熱敏元件振動(dòng)體/電磁傳感器13方式4)振動(dòng)片/光纖傳感器14力式5)超聲波束5瞰方式1)膜片/靜態(tài)電容15方式2)應(yīng)變?cè)?方式1)磁致伸縮元件16方式1)壓電元件7方式1）膜片/壓電元件170加方式4）應(yīng)變?cè)?方式2）熱敏元件181, M r力式5）超聲波束轉(zhuǎn)換器檢測(cè)元件把渦街信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，

8、該信號(hào)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(hào)不同檢測(cè)方式應(yīng)配備不同特性的前置放大器，如表 2所列。表2檢測(cè)方式與前置放大器檢測(cè)方法熱敏式超聲式應(yīng)義式應(yīng)力電容式無電式電磁式前置放大 恒流放大 器選頻放大 器恒流放大 器電荷放大 器調(diào)諧-振動(dòng)放光電放大 器低頻放大儀表表體儀表表體可分為夾持型和法蘭型優(yōu)點(diǎn)和局限性1 .優(yōu)點(diǎn)VSF結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便（與節(jié)流式差壓流量計(jì)相比較，無需導(dǎo)壓 管和三閥組等，減少泄漏、堵塞和凍結(jié)等）。適用流體種類多，如液體、氣體、蒸氣和部分混相流體。精確度教高（與差壓式，浮子式流量計(jì)比較），一般為測(cè)量值的（土 1%-士

9、 2% R。范圍寬度，可達(dá)10： 1或20: 1。壓損?。s為孔板流量計(jì)1/41/2 ）。輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，適用于總量計(jì)量，無零點(diǎn)漂移；在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號(hào)不受流體物性（密度，粘度）和組分的 影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，只需在一種典型介質(zhì)中校驗(yàn)而適用于各種介質(zhì)?？筛鶕?jù)測(cè)量對(duì)象選擇相應(yīng)的檢測(cè)方式，儀表的適應(yīng)性強(qiáng)。VSF在各種流量計(jì)中是一種較有可能成為僅需干式校驗(yàn)的流量計(jì)。2 .局限性VSF不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量（ReA2X104）,故在高粘度、低流速、小口徑 情況下應(yīng)用受到限制。旋渦分離的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響， 應(yīng)根據(jù)上游側(cè)不同形式 的阻

10、流件配置足夠長的直管段或裝設(shè)流動(dòng)調(diào)整器（整流器） ，一般可借鑒節(jié)流式 差壓流量計(jì)的直管段長度要求安裝。力敏檢測(cè)法VSFM管道機(jī)械振動(dòng)較敏感，不宜用于強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)所。與渦輪流量計(jì)相比儀表系數(shù)較低，分辨率低，口徑愈大愈低，一般滿管式流 量計(jì)用于DN300以下。儀表在脈動(dòng)流、混相流中尚欠缺理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。四、分類與凡種類型產(chǎn)品簡介1 .分類渦街流量計(jì)可按下述原則分類。按傳感器連接方式分為法蘭型和火裝型。按檢測(cè)方式分為熱敏式、應(yīng)力式、電容式、應(yīng)變式、超聲式、振動(dòng)體式、光 電式和光纖式等。按用途分為普通型、防爆型、高溫型、耐腐型、低溫型、插入式和汽車專用 型等。按傳感器與轉(zhuǎn)換器組成分為一體型和分離型。按

11、測(cè)量原理分為體積流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)。2 .幾種類型產(chǎn)品簡介各類渦街流量計(jì)性能比較如表3所示表3不同檢測(cè)方法渦街流量計(jì)比較檢測(cè) 變化 卜檢測(cè)技術(shù)雷諾 數(shù)范 圍簡牢靈耐執(zhí) 八、性耐 振 性耐名稱檢測(cè) 原理檢測(cè) 元件口徑/mm介質(zhì)溫度/oC范圍度單 程 度固 程 度敏 度污 能 力應(yīng)用范圍熱敏 式渦 街流 舟流 速 變加熱 體冷卻熱敏 元件25200-196 +2051530104106VVXVX清潔、無腐蝕液 體、氣體超聲 式渦化聲束 被調(diào)超聲 換能25150-15+ 175303 x103XVVV小口徑液體、氣體街流制器106電容 式渦 街流壓P 變壓 差 作 用壓差 檢測(cè)膜片/電 容15300-200 +40030104106XVV液體、氣體、蒸汽應(yīng)力 式渦 街流W壓差 檢測(cè)膜片/壓 電片50200-18+20516104106XVVXV液體、氣體、蒸汽振動(dòng) 體式 渦街 流量 計(jì)壓差 檢測(cè)圓盤/電 磁50200-268 -4810305 X103106VXVXX極低溫液態(tài)氣體棱球/電 磁-40 +427