渦街流量計(jì)工作原理與結(jié)構(gòu)

渦街流量計(jì)工作原理與構(gòu)造工作原理在流體中設(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1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地f，被測(cè)介質(zhì)來(lái)流的平均速度為U,旋渦發(fā)生體迎面寬度dD,依據(jù)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(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=1-4[l-COT)2+曲氣管壁xWWWWWXwwwwwx\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\w1卡曼渦街qv為qv=nD2U/4=nD2mdf/4Sr(2)K=f/qv=[nD2md/4Sr]-1(3)K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3(P/m3K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(wú)量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體外形及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見(jiàn)，在 ReD=2<104 7X106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pTnEnfpin2n’一⑷測(cè)定弔能范園0.3■藉度保證范圉測(cè)定弔能范園0.3■藉度保證范圉0.2■01■+qVn,qV--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0oC20oC,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)下和工況下確實(shí)定壓力，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)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。由上式可見(jiàn)，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)在肯定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的外形尺寸等有關(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。構(gòu)造VSF由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩局部組成，如圖3所示。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、D/A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。近年來(lái)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)。3渦街流量計(jì)〔1〕旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體是檢測(cè)器的主要部件，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〕親熱相關(guān)，對(duì)它的要求如下。能掌握旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分別；在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分別點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)；能產(chǎn)生猛烈的渦街，信號(hào)的信噪比高；外形和構(gòu)造簡(jiǎn)潔，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；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；固有頻率在渦街信號(hào)的頻帶外。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出外形繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類，如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的根本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些根本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應(yīng)用最廣泛的一種，如圖 5&ZA&ZA單旋渦發(fā)生體0S勺掃SEa雙、多旋渦發(fā)生體4旋渦發(fā)生體5三角柱旋渦發(fā)生體d/D=0.2 0.3;c/D=0.1 0.2;b/d=1 1.5;0=15o 65o5種方式用設(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；旋渦發(fā)生體上開(kāi)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；檢測(cè)旋渦發(fā)生體四周交變環(huán)流；檢測(cè)旋渦發(fā)生體反面交變差壓；檢測(cè)尾流中旋渦列。依據(jù)這5種檢測(cè)方式，承受不同的檢測(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。旋渦發(fā)傳感器序旋渦發(fā)傳感器序旋渦發(fā)傳感器序號(hào)檢測(cè)方式檢測(cè)元件生體截面外形檢測(cè)方式檢測(cè)元件1115)超聲波束92)反射鏡/光電兀件2姿2)3)5)1)懸臂梁/電容，懸臂梁/壓電10片熱敏元件超聲波束應(yīng)變?cè)?)膜片/壓電元件件11H03)扭力管/壓電元件331)2)壓電元件壓電元件124)扭力管/壓電元件41)2)膜片/電容/電磁傳感器13加4)振動(dòng)片/光纖傳感器2)145)超聲波束51)膜片/靜態(tài)電容152)應(yīng)變?cè)?關(guān)1)磁致伸縮元件161)壓電元件71)膜片/壓電元件174)應(yīng)變?cè)?gzza2)熱敏元件185)超聲波束檢測(cè)元件把渦街信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)既微弱又含有不同成分的噪聲，必需進(jìn)展放大、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)變式應(yīng)力式電容式光電式電磁式前置放大