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渦街流量計屬于速度式流量計的一種,主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。
其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度適中,在測量流體為體積流量時,幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數的影響。
因無可動機械零件,因此具有結構簡單、可靠性高、維護量小、流通能力大(與其它同等口徑的流量計比,可通過的流量大),由于渦街流量計具有這些特點,已成為常用的流量儀表之一。
一、工作原理 渦街流量計的工作原理 :渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的,在流體中設置三角柱型旋渦發(fā)生體(旋渦發(fā)生體有多種形狀),則從旋渦發(fā)生體兩側交替地產生有規(guī)則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼旋渦,旋渦在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列
旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關,可用公式1表示: f為輸出頻率,單位為Hz; v為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度,單位為m/s; d為旋渦發(fā)生體迎流面寬度,單位為m; D 為管道內徑,單位為m; St為斯特勞哈爾數(Strouhalnumber),無量綱數,它與旋渦發(fā)生的形狀及雷諾數有關,從圖二中可以看出斯特勞哈爾數在一定的雷諾數范圍內視為常數。
從中可以看出,斯特勞哈爾數視為常數時,旋渦發(fā)生體迎流面寬度、工藝管徑確定后,頻率只與流速有關。
渦街流量計的流量方程: 式中:qv為體積流量,m3/s; qm為質量流量,kg/s; f為傳感器輸出信號的頻率,Hz; K為傳感器的儀表系數; ρ為流體密度,kg/ m3。 當測量氣體時,渦街流量計的流量方程式為: 式中:Pn ,Tn 分別為標準狀態(tài)下的壓力和溫度; Z ,Zn 分別為工作狀態(tài)下和標準狀態(tài)下的氣體壓縮系數; qvn為標準狀態(tài)下(20℃,101.32kPa)體積流量,m3/s; P ,T 分別為工作狀態(tài)下的壓力和溫度 傳感器的儀表系數k值由流量標準裝置校驗得到,校驗介質通常是用水或空氣。
從中可見,一般渦街流量計頻率輸出信號不受流體物性和組分變化的影響,只與儀表系數K、旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸、雷諾數有關,而當儀表系數K、旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸在產品出廠前已確定,當雷諾數工作在精度確保范圍內時,渦街流量計頻率輸出信號只與流速有關。
但是,當我們需要的是質量流量時,我們在得到體積流量的同時還要取得流體的密度,這就要對密度產生影響的參數進行檢測,如溫度、壓力等,對密度進行修正。
二、分類 渦街流量計有好多種分類,我們常用的是: 按傳感器連接方式分類,
被分為:1)法蘭連接型;2)對夾型(也稱夾持型); 按傳感器與轉換器組成分類,被分為:1)一體型;2)分離型; 按傳感器結構形式分類,被分為:1)滿管式;2)插入式。
三、結構 渦街流量計一般由四部分組成,旋渦發(fā)生體、旋渦檢出器、儀表表體及轉換器。 1、旋渦發(fā)生體。旋渦發(fā)生體分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體。常用的是單旋渦發(fā)生體,它的基本形狀有三角形、圓形、矩形等,將單旋渦發(fā)生體再進行組合,即是多旋渦發(fā)生體,多旋渦發(fā)生體對提高渦街強度、穩(wěn)定性及減低雷諾數下限有一定作用。
2、旋渦檢出器。檢測旋渦一般有五種方式:1)在旋渦發(fā)生體內設置檢測元件,直接檢測發(fā)生體兩側的差壓;2)在旋渦發(fā)生體上開導壓孔,在導壓孔中設置檢測元件,檢測發(fā)生體兩側的差壓;3)檢測旋渦發(fā)生體周圍的交變環(huán)流;4)檢測旋渦發(fā)生體背面的交變環(huán)流;5)檢測尾流中的旋渦列。通過以上五種檢測方式,采用熱敏、應力、應變、電容、光電、超聲等技術的檢測元件,即構成多品種渦街流量計傳感器。
3、轉換器。將傳感器檢測出的渦街信號通過放大、濾波、整形等處理,根據實際需要,轉換成脈沖信號或兩線制4~20mA電流信號,供二次儀表或控制系統(tǒng)使用。
4、儀表表體。儀表表體的結構及材料應根據被測介質的溫度、壓力及腐蝕性等參數而定,它對測量準確度也有重要的影響。
四、渦街流量計主要特點 1)結構簡單牢固,無可動部件,安裝維護方便; 2)可測流體種類較多,液體、氣體、蒸汽等,包括部分混相流介質; 3)檢測傳感器不直接接觸被測介質,性能穩(wěn)定,壽命長; 4)輸出是與流量成正比的脈沖信號,無零點漂移,精度較高; 5)測量范圍寬,量程比可達10:1,特殊需要的可達20:1或更高; 6)壓力損失較?。ㄅc孔板流量計比),運行費用低,更具節(jié)能意義。
7)在一定的雷諾數范圍內,不受流體物性及組分的影響,只與儀表系數及旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關,對檢測元件比較容易做到標準化設計;
8)性價比高,在眾多的流量儀表中渦街流量計屬于經濟實用的一種。
9)安全性高,若檢測元件發(fā)生故障,不會造成管道斷流;
五、注意事項 一臺再好的儀表,若設計選型和安裝不正確,那也不會有好的效果,工程設計時我們應注意: 1、考慮工藝參數: 1)要使旋渦發(fā)生體產生旋渦,檢測元件在保證精度范圍內工作。不適合低雷諾數或高粘度的流體介質檢測,因為低雷諾數流體線性度差,高粘度的流體不宜形成旋渦;2)對于被測介質中含有細小顆?;驓馀莺看笥谝欢ū壤龝绊憙x表系數偏離,選用時應慎用;3)對于脈動的流體,極易將流體脈動的頻率疊加到旋渦發(fā)生體的工作脈沖上引起共振,選型時應回避;4)對于含固體微粒物的流體對旋渦發(fā)生體的沖刷會磨損旋渦發(fā)生體,若含有的纖維臟污的流體纏繞在旋渦發(fā)生體上會影響使用壽命和測量度;5)考慮介質的腐蝕性;6)對用于測量大口徑管道流量時適合用插入式的。
2、安裝環(huán)境:1)傳感器應避免安裝在有強烈機械振動的管道上(如泵出口),若不可避免時,應采取防震措施;2)傳感器(包括連接傳感器的屏蔽電纜敷設時)應避免安裝在高溫熱源、輻射源、強電磁場干擾和強腐蝕的環(huán)境中;3)考慮儀表便于安裝維修的空間;4)考慮安全與防護等級。 3、安裝方式:1)保證流量計前后的直管段(需看儀表產品說明書上直管段要求,越是滿足要求,測量度越高);2)渦街流量計水平安裝較多,測量液體流量時,若被測液體中含有少量的氣體,傳感器應安裝在管線的較低處,測量氣體流量時,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應安裝在管線的較高處;垂直安裝時,液體的流向自下而上,氣體的流向不限,但氣體中含有少量液體時,則氣體流向必須自下而上。3)對于在水平管道上測量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時,若條件允許采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較?。ㄈ魏卧谒焦艿郎习惭b的傳感器都可在水平管道上側裝)。
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