涡街流量计旋涡信号检测及结构

发布时间:2017/9/9 9:31:00

涡街流量计的结构涡街流量计由传感器和转换器两部分组成(见图8-1)。传感器包括:表体;旋涡发生体;检测元件;安装架和法兰等。转换器包括:前置放大器;滤波整形电路;接线端子;支架和防护罩等。近年来问世的智能式仪表还将CPU、存储单元、显示单元、通信单元及其他功能模块也装在转换器内,形成智能型和组合型涡街流量计。1.旋涡发生体旋涡发生体是涡街流量计的关键部件,一般采用1Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢,仪表的流量特性(仪表系数、线性度、范围度等)和阻力特性都与它的几何参数和排列方式相关。在旋涡发生体选型及设计时,应考虑旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离的特性,才能保证旋涡的稳定性。为产生强烈和稳定的涡街并在较宽雷诺数范围内,有稳定的旋涡分离点,必须保持旋涡发生体的特征宽度(迎流宽度)d不变,保证St为常数;另外,形状和结构力求简单,便于加工和几何参数标准化,便于各种检测元件的安装与组合;为保证仪表运行的稳定性和寿命,旋涡发生体的固有频率应远离涡街信号的频带,以避免共振,其材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀、耐冷热、耐冲刷。总结起来,旋涡发生体应满足如下基本要求:1)有一个钝截面形状(即非流线形的),形状和结构尽量简单,便于加工和装卸,便于安装各种检测元件;2)应是上下截面形状相同,左右对称的柱形体;3)能控制旋涡在轴线方向上同步分离,并有稳定的旋涡分离点,保持恒定的斯特劳哈尔数;4)柱形要有一定的陡度以产生强烈的涡街,提高信噪比;5)材质能适应被测介质性质的要求;6)固有频率应在旋涡信号频率以外。但旋涡发生体几何参数至今还没有比较成熟的计算方法,大多通过实验确定。按柱形分,它有圆柱、三角柱、梯形柱、T形柱、矩形柱等;按结构分,它有单体、双体和多体之分。如图8-4所示为常见的单体和多体旋涡发生体的截面形状,流体流动方向自左向右。圆柱形旋涡发生体是形状最简单的旋涡发生体,加工方便,阻力系数小,St比较高。但是随着雷诺数的变化,其旋涡分离点会随圆柱表面移动,涡街的稳定性和仪表线性度较差,现基本已被有固定旋涡分离点的其他柱形所代替。双体或多体旋涡发生体是为了提高涡街强度和稳定性,降低下限雷诺数和阻力系数而被逐步采用的。它由主发生体和辅助发生体组成。位于上游的发生体陡度较小,其作用是分流和起旋,为旋涡增强作准备,故称辅助发生体。位于下游的发生体陡度较大,检测元件或传感器大都安装在下游发生体内,或它的上下游附近,故称主发生体。当形状、尺寸以及两者距离选择合适时,可产生更强、更稳定的卡门涡街。2.旋涡信号检测伴随旋涡的形成和分离,旋涡发生体周围流体会同步发生流速、压力变化和下游尾流周期振荡。依据这些现象可以进行旋涡分离频率的检测。综合起来检测技术可概括以下两大类。1)检测旋涡发生后在旋涡发生体上受力的变化频率,即受力检测类,一般可用应力、应变、电容、电磁等检测技术。2)检测旋涡发生后在旋涡发生体附近的流动变化频率,即流速检测类,一般可用热敏、超声、光电(光纤)等检测技术。不管采用哪一种检测技术,就其检测旋涡频率信号的方式主要有以下5种:a)用安装在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压的方式;b)在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的方式;c)检测旋涡发生体周围交变环流的方式;d)检测旋涡发生体背面交变差压的方式;e)检测尾流中旋涡列的方式。液体涡街流量计通过智能数字处理器将三种信号混合处理后输出一个补偿后的标准流量,从而实现了对气体、蒸汽的温压补偿功能,温压补偿智能型涡街流量传感器是以全新的设计理念,将温度、压力、流量信号集于一体的流量装置。对于产品来说都有自己所不能达到的,也就是所谓的局限性。下面是我们为大家提供的关于液体涡街流量计使用时的局限性的介绍 。 1、高压流体  目前市场上的涡街流量计其压力等级有4MPa和6.4MPa等多种。如果被测流体压力再高,人们还是喜欢用老一套的方法,差压式流量计。 2、高温流体 所适用的流体温度上限一般为400;450℃。从现场实际应用情况来看,不同的厂商提供的不同品牌涡街流量计。有的品牌只能短时期达到所承诺的温度上限。例如某欧洲品牌,一台新的涡街流量计在400℃的条件下能可靠使用半年,半年以后,输出就全无了再换上一台全新的还是只有半年的寿命。 3、低密度流体 可测流速要受到流体密度的制约。这是因为被测流体经旋涡发生体所产生的旋涡,涡街流量计用来丈量气体和蒸汽流量时。作用在传感器探头上,相应发生个数相同的电脉冲,此电脉冲的幅值与旋涡对探头所产生的推力大小有关,推力越大,脉冲幅值也越大,而此推力与流速的平方成正比,又同流体的密度成正比。当密度小到一定水平,流速又较低时,推力太小,以致脉冲幅值相应太小,导致被噪声所淹没,,脉冲不能被可靠地检出。但是如果流速较高,推力仍可增大到足够大,以致脉冲幅值增大到足够大,仍能被可靠地检出。根据这五种检测方式,采用不同的检测技术就构成了不同类型的涡街流量计,表8-1为各种旋涡发生体常用的检测方式一览表。在设计检测元件时必须考虑选用的检测元件性能稳定,在仪表寿命期内工作特性基本不变。有较宽的动态工作范围和较快的响应特性,复现性和互换性好,体积小,不因它的安装而影响仪表的流量特性;适合批量生产,造价合理,能适应不利(腐蚀、振动、高低温、冲刷)的工作条件,工作可靠。表8-2列出了不同检测方法涡街流量计及性能。