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涡街信号检测方式和要求
关键字:涡街流量计 日期:2012-10-31 20:01:40
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一、涡街信号的检测方式
尽管已商品化的涡街流量计产品,采用了多种检测技术,但检测原理都是以上述五种现象为基础。其检测方式大致可归
纳为五种[3]。
1.发生体内设置检测元件,直接检测压力脉动的方式(以下简称方式一)
旋涡分离引起发生体两侧压力脉动,这种脉动压力以升力的形式作用到发生体上。在发生体内装设的电容式、压阻式、
应力式、应变式等力敏检测元件就可检测出压力脉动的频率和幅值。
这种检测结构坚固,适用于工业测量。但从式(4 - 15)和式(5 -1)可看出,作用力与速度平方成正比。如果涡街流量计的
范围度为10:1,即流速变化10倍,则力的变化为100倍,这样在检测灵敏度与流量的范围度之间就存在矛盾,即用于高流速、
强交变力作用的检测元件,在低流速时其灵敏度是否能满足使用要求,这是应该关注的问题。
2.发生体上开设测量孔和导压孔,检测发生体两侧压差的方式(以下简称方式二)
这种检测方式又有两种实施方法:
(1)在发生体的轴向'打 一个有一定深度并可容纳检测元件的测量孔。在测量孔底部的位置从发生体的两侧再打两个导压
孔,导压孔与测量孑L垂直相通,把发生体两侧的交变差压导人测量孔,作用到检测元件上。见图(a)o
(2)在发生体两侧开导压孔,并把交变差压直接引出测量管外,进行信号测量。如图(b)和(c)所示。
采用导压孑L把交变差压信号引入测量孔的方式,有利于提高检测信号的信噪比,测量管内的流动噪声通过导压孑L的“过
滤”,被有效衰减。特别是图(b)交变差压信号引到流管外,不仅减小了噪声影响,也给信号检测创造了良好的条件。
如果测量的是高温流体,通过引压管的冷却作用,降低了温度,有效地减小了高温对检测元件的损害作用。

3.检测发生体周围交变环流的方式(以下简称方式三)
随旋涡交替分离而产生的交变环流,改变了发生体周围的局部流速。采用测量元件,例如用热敏元件的阻值变化或超声
波束被调制的效应,测量旋涡的频率都是行之有效的方法。这种检测方式有较高的灵敏度,适用于测量范围较宽的流体,特
别是低压气体的流量测量。
4.检测发生体背面交变差压的方式(以下简称方式四)
在发生体背面选择交变差压信号较强烈、噪声较小的测量位置安装热敏、应力、应变、超声等检测元件,测量涡街信号。
既可获得信噪比较高的信号,又可避开流体中脏物对检测元件的损害和附着,提高了检测元件的寿命。
5.检测振荡尾流中的旋涡列的方式(以下简称方式五)
检测元件安装在发生体的下游,检测振荡尾流中的旋涡频率,也是应用较多的检测方式。已商品化的涡街流量计产品中,
应用超声、应力、应变、热敏、磁电等检测元件的产品为数不少。这种检测方式结构简单,较容易实现。发生体和检测元件
相互独立,维护方便。检测元件位于发生体的下游,由于前面的发生体的保护作用,而不易直接受到流体中夹杂的固体的冲
击与伤害。这种检测方式的缺点是振荡尾流中的噪声成分比较复杂,有许多影响主旋涡稳定的子旋涡、流体流动噪声、低频
摆动等干扰信号。要有效地检测主旋涡信号,合理选择检测元件的位置、尺寸、插入深度等参数至关重要。对涡街信号检测元件的要求
1.涡街信号的特点
涡街流量计测量的主变量是旋涡的频率,只有当流体流动的雷诺数超过一定值以后,才能形成稳定的卡曼涡街,交替分
离的旋涡才是所要检测的信号。因此不管用哪种检测方式和哪种检测技术,都是进行动态检测。
不同测量管径,不同几何参数的发生体,不同的流体和不同的流量范围,旋涡的频率是不同的。以三角柱发生体为例,
它的斯特劳哈尔数为0.16,β=0.28,如果所测量液体的最低流速为0.3m/s。测量气体的最高流速为50m/s。再假设涡街流量
计的管径为15~ 300mm。那么,如用300mm口径涡街流量计测量液体,在最低流速0.3m/s时,用式(3-4)就可以计算出旋涡
的频率为0.89Hz。如用口径15mm涡街流量计,测量气体流量,最高流速时旋涡的频率则为2960Hz。由此可见,涡街信号的频
率范围还是比较宽的。
旋涡信号值值变化很大。由上述可知,旋涡信号幅值与流速平方成正比,对于一台范围度为10:1的涡街流量计来说,信
号幅值的大小为100:1。如果范围度为30:1,则信号幅值大小为900:1。
涡街流量计安装在工业管路系统中,由于上游阻力件(阀门、弯管、T型支管)、动力设备(风机、水泵、空压机)、流体
中的携带物(固体颗粒、气泡等)的影响和旋涡分离过程中产生的子旋涡的干扰,使涡街信号的成分变得很复杂。
2.对检测元件的要求
根据涡街信号的特点及涡街流量计测量对象的多样性,在设计、制造检测元件时,应考虑以下几方面的要求:
(1)有较宽的动态工作范围和较快的响应速度;
(2)既要有较高的检测灵敏度,满足低密度、低流速、低雷诺数状态下微弱信号的检测,又要有较强的抗过载的能力,
能承受高静压、高流速下的过载与流体冲击;
(3)检测元件的稳定性要好,能长期连续工作,在仪表的寿命期限内性能保持基本不变,满足测量要求;
(4)能满足涡街流量计测量介质的多样性要求,既可测量液体,也可测量气体和蒸汽;
(5)能适应多变的测量环境(高温、低温、高湿、腐蚀、强振动、强电磁干扰);
(6)复现性和互换性好;
(7)体积小,形状可塑性好,能配合旋涡发生体的形状和尺寸,安装在旋涡信号最强而噪声又小的位置,不会因为安装
了检测元件,而影响旋涡的稳定性,更不会对涡街流量计的流量特性造成影响;
(8)便于安装与拆卸,最好可在不断流的情况下更换;
(9)造价合理,适合批量生产要求。 |
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