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涡街流量计(旋涡流量计)可测量范围及低流速测量特性探讨及解决方案
发布时间:2016-04-08

涡街流量计(旋涡流量计)可测量范围及低流速测量特性探讨及解决方案

旋涡流量计的种类很多,但其基本原理都是利用流体自然振动原理制成的一种旋涡分离流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时,若该物体的几何尺寸适当,则在物体的后面沿两条平行的直线产生整齐排列、转向相反的旋涡列。旋涡的个数,即旋涡频率与流速成正比。因此,通过测量其旋涡频率,就可知道流体的流速,测量出流体流量。检测产生旋涡的技术不同,派生出多种旋涡(涡街)流量计,如:压电式、电容式、热阻式、超声式、光电式等旋涡流量计.

    一、概述
    旋涡流量计,又称涡街流量计,具有结构简单、性能可靠、使用寿命长,量程范围宽等优点,被称为目前最有发展前途的速度式流量仪表,因此有着广泛的应用。旋涡流量计的种类很多,但其基本原理都是利用流体自然振动原理制成的一种旋涡分离流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时,若该物体的几何尺寸适当,则在物体的后面沿两条平行的直线产生整齐排列、转向相反的旋涡列。旋涡的个数,即旋涡频率与流速成正比。因此,通过测量其旋涡频率,就可知道流体的流速,测量出流体流量。检测产生旋涡的技术不同,派生出多种旋涡(涡街)流量计,如:压电式、电容式、热阻式、超声式、光电式等旋涡流量计。
    二、测量范围和低流速测量特性存在的不足
    目前流量仪表开发的重点是在保证精度的条件下,仪表的可测量范围和在低流速条件下的测量特性。旋涡流量计主要是以压电式和电容式为主,同孔板等速度式仪表相比,在测量范围和低流速测量特性上有着较为明显的优势。例如:测量范围,旋涡流量计为:1:20左右;孔板流量计为:1:3左右。孔板流量计受差压变送器不易测量微差压的限制,在测量低流速介质时,不能胜任对流量的准确测量。旋涡流量计(压电式和电容式)在现场介质流速处于低流速0.4米/秒时(液体介质),流量计处于测量的临界状态(甚至于不能测量)。这极大的限制了旋涡流量计在更大范围内的使用。
    三、原因分析及解决方案探讨
    我们知道:压电式旋涡流量计(以此类仪表为例)对旋涡的测量是通过测量介质流过在仪表中安装的有规则柱体时产生的旋涡力,该力作用于柱体内安装的压电晶体所产生的压电信号。该信号的大小同旋涡力的大小及压电机晶体同柱体的耦和程度有着密切的关系。
    我们知道旋涡力有如下的公式:F=KρdV2
    F:旋涡力 K:比例系数(不变)ρ:介质密度(不变)
    d:柱体迎流面宽度(可变) V:介质流速(可变)
    由公式可知解决的方案1:
    增大迎宽度d的尺寸,但d/D应小于0.281(D为旋涡流量计的公称尺寸)
    解决的方案2:
    采取旋涡流量计缩径的方式增大流经仪表的流速。
    例如:在DN100的管线使用DN80的流量计(相对缩径)对比DN100的流量计:管线流速的1.5625倍。此时F增大了1.95倍。
    F(DN80)=KρdV2=Kρ(0.8d)(1.252V)2          d、V为DN100流量计的迎流面宽度和流速
    由上式可知:F(DN80)/F(DN100)=0.8×1.56252=1.95(此时不考虑压电晶体同发生体的安装方式)
    解决的方案3:
    改变对旋涡产生的检测方式:
    我公司自行开发和生产的光电式旋涡流量计采用新型的旋涡产生和光电检测技术,可使仪表在0.1米/秒时可靠的工作。可测量流量范围扩大到1:40以上。