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淺析渦街流量計結構設計及發生體標定要求

發表時間:2019-08-01   點擊次數:  技術支持:150-5269-2011
渦街流量計是20世紀70年代發展起來的一種新型的流量儀表。渦街流量計是一種流量測量儀器,主要用於工業管道介質流體的測量,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數影響。因為許多優點,受到用戶的歡迎,發展較快,應用不斷擴大。今天小編主要來介紹一下渦街流量計功能及特點,希望可以幫助用戶更好的應用產品。一台完整的渦街流量計應由表體、發聲體、檢測元件和信號轉換等組成。 本文通過介紹渦街流量計旋渦發生體的設計、性能及在幹標定中的應用,使大家更加了解旋渦發聲體,有利於提高渦街流量計更好的應用。
  通過以上兩個公式可以看出儀表係數k與以下因素有關:
  (1) St數隻與發生體形狀和雷諾數有關。流體雷諾數在2×104——7×106 範圍內,St可視為常數。
  (2)發生體和測量管的幾何尺寸有關。
  可以看出,渦街流量計測量準確的前提是必須保證旋渦發生體的特征寬度(迎流寬度)d不變,下麵我們的重點討論一下發生體的性能、作用及應用等。
 
 
  一、旋渦發生體的性能
  用於產生渦街流動的非流線型柱體稱為旋渦發生體,它是產生渦街的核心部件。它的主要功能就是在三維的管流場中,迫使旋渦在其軸間產生同步分離,把三維的管流變成二維的旋渦流。渦街流量計的流量特性(儀表係數、線性度、範圍度)和阻力特性都與發生體的形狀與幾何參數密切相關。大量實踐證明,一種性能優良的發生體應滿足以下幾方麵要求:
  1 應有較陡斷(鈍)的截麵形狀,具有這種形狀的非流線型柱體,是產生旋渦分離的條件。
  2 柱體的兩側具有明顯的棱邊,能控製旋渦在發生體的軸線方向上同步分離,並在較寬的雷諾數範圍內,保持旋渦分離點穩定,這是保持斯特勞哈爾數St恒定的必要條件。
  3 它是一根均勻的柱狀體,在柱體的軸線方向上所有的橫截麵形狀是相同的,均勻的,對稱的,這是把三維管流轉變成二維的旋渦流的條件。
 
  二、旋渦發生體狀況發生變化而引入的測量誤差
  1 發生體銳緣磨損產生的影響
  渦街流量計旋渦發生體的迎流向的兩條棱邊正常情況下是銳利的,但若被測流體中含有固形物,則銳緣很容易被磨損而變成圓弧,雖然流量係數K對邊緣的銳利度變化不像孔板流量計那樣敏感,但由於幾何形狀和尺寸發生了變化,也會引起流量係數的變化,橫河公司對旋渦發生體銳緣變鈍對流量係數的影響做過測試,隨著銳緣半徑的增大,K係數不斷增大,流量示值成正比增加。所以選擇耐磨性優良的材質製造發生體,是改善磨損的積極方法。
  2 流體溫度變化對發生體的影響
  當溫度變化時,溫度引起金屬材料幾何尺寸發生變化,包括表體、發生體等(特別是測量蒸汽流量時)。由於可能的溫度變化大,所引起的影響是很可觀的,一般需要修正。
  3 發生體迎流向堆積產生的影響
  當被測流體中存在黏性顆粒或夾雜較多纖維狀物質,則可能會逐漸堆積在旋渦發生體迎流麵上,使其幾何形狀和尺寸發生變化,因而流量係數也相應變化,據日本OVal公司工作人員著文透露模擬試驗結果。在該公司三角柱發生體端的堆積物厚度為0.01D時,附加誤差為 -2%,為0.02D時,附加誤差為-3.4%。
 
  三、旋渦發生體是幹標定的核心部件
  渦街流量計實流標定會給儀表的生產企業和用戶帶來巨大的工作量和經濟上、能源上的耗費。長期以來,人們期望用一種“幹標定”方法來替代繁瑣的實流標定,根據渦街流量計的特點,實現幹標定是非常可能的必然的,因為渦街具有以下三個關鍵原因:
  (1)渦街流量計無可動的部件,穩定性和可靠性較高,是幹標定儀表的必備條件。
  (2)幹標定的核心部件——發生體的幾何形狀簡單,經多年的應用,逐步趨向性能優良的少數幾何發生體。
  (3)對渦街流量的儀表係數K的影響量主要是發生體的幾何參數與被測介質物理性質無關。
  所以,很多國家都在研究渦街流量計的幹標定,其中日本取得了一些進展,在日本工業標準(JISI8766:2002)中寫了有關渦街流量計幹標定內容,確定的標準發生體是公認性能較好的三角柱形發生體,製定了標準發生體具體尺寸參數(略),下麵我們對發生體加工、裝配中產生誤差進行探討,誤差來源主要來源為偏角,對稱度、底部縫隙影響三個方麵,通過試驗對他們提出限定範圍,以適應於標定的要求。
  (1)偏角是發生體流動方向的軸線與測量管軸線間的夾角,通過在水流試驗中得出數據是偏角達到8時,K係數變化達到6.6%-8.24%。在空氣和水中試驗結果大體相同,即偏角必須控製在2以內。
  (2)發生體底部縫隙是指旋渦發生體底部圓弧與表體測量管內壁之間的距離,理想的縫隙為無窮小,但不為零,實際上是做不到的。試驗中發現縫隙的大小不僅影響儀表係數和線性度,當縫隙較大時,甚至使旋渦不能穩定分離,渦街信號不穩定,噪聲很大,經過試驗確定縫隙大小應控製在(0.02+0.01)mm範圍內。
  (3)對稱度即發生體的中心軸線偏離測量管中心線的距離。造成發生體不對稱的原因是發生體加工不對稱和表體加工的不對稱,不對稱度對儀表性能的影響主要表現在高流速區域。通過試驗確定發生體的不對稱度應控製在 0.15mm之內。
  通過以上對發生體的簡單論述,我們了解到渦街流量計準確度的保證,發生體是個關鍵原因,隻有加工精密,應用合理才能保證渦街流量計的準確可靠,為我們提供準確的計量數據。
智能渦街流量計是一種采用壓電晶體作為檢測元件,輸出與流量成正比的標準信號的流量儀表。該儀表可以直接與智能流量積算儀配套使用,也可以與計算機及集散係統配套使用,對不同介質的流量參數進行測量。該儀表根據流體渦街的檢測原理,其檢測渦街的壓電晶體不與介質接觸,儀表具有結構簡單、通用性好和穩定性高的特點.智能渦街流量計可用於各種氣體、液體和蒸汽的流量檢測及計量。
 工作原理
智能渦街流量計的基本原理是卡門渦街原理,即“渦街旋渦分離頻率與流速成正比”。
流量計流通本體直徑與儀表的公稱口徑基本相同。如圖一所示,流通本體內插入有一個近似為等腰三角形的柱體,柱體的軸線與被測介質流動方向垂直,底麵迎向流體,當被測介質流過柱體時,在柱體兩側交替產生旋渦,旋渦不斷產生和分離,在柱體下遊便形成了交錯排列的兩列旋渦,即“渦街”。理論分析和實驗已證明,旋渦分離的頻率與柱側介質流速成正比。
f=(sr*V)/d
式中:
f── 柱體側旋渦分離的頻率(Hz);
V── 柱側流速(m/s);
d── 柱體迎流麵寬度(m);
Sr ── 斯特勞哈爾數。是一個取決於柱體斷麵形狀而與流體性質和流速大小基本無關的常數。
 
產品特點
傳感器測量探頭采用特殊工藝封裝,耐高溫可達350℃
敏感元件封狀在探頭體內,檢測元件不接觸測量介質,使用壽命長
傳感器采用補償設計,提高儀表抗震性
結構簡單、無可動件,耐用性高
在規定雷諾數範圍內,測量不受介質溫度、壓力、粘度影響
流量計可應用於防爆場合,安全性好
量程比寬,可達10:1 15:1
通用性強,可測量不潔淨的氣體、液體
技術參數:
環境溫度: (-40~55)℃ ;
相對濕度: (5~90)% ;
大氣壓力: (86—106)Kpa
公稱通徑: (15~1500)mm(大於200mm為插入式結構);
測量介質: 液體、氣體、蒸汽;
公稱壓力: 1.6Mpa 2.5Mpa 4.0Mpa
介質溫度: (-40~+350)℃;
精度等級: 0.5級,1.0級1.5級,2.5級;
線性度: ≤±1.5%;
重複性: ≤0.5%,≤1.0% ;
輸出信號: 電壓脈衝;
(4~20)mA DC(兩線製);;
供電電源: 電壓脈衝 12V DC或24V DC;
電流型 24V DC
智能電流型 24V DC
智能電池型 3.6V DC
負載電阻: 最大負載電阻不超過350Ω。
本體材質: 304不鏽鋼
連接方式: (15~300)mm 法蘭卡裝式結構或法蘭聯接式結構;
(200~1500)mm 為插入式結構;
保護等級: IP65, IP67 ;
電纜接口: PG10
防爆類型: 本安型; 隔爆型
防爆標誌: iaⅡCT6; dIIBT4
工況流量範圍 (m3/h)

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