涡街流量计的优点

 

结构简单牢固,安装维护方便(与节流式差压流量计相比较,无需导压管和三阀组等,减少泄漏、堵塞和冻结等)。

适用流体种类多,如液体、气体、蒸气和部分混相流体。

精确度较高(与差压式,浮子式流量计比较),一般为测量值的(士 1 %一士 2 % ) R 。

范围度宽,可达 10 :1 或 20 :1 。

压损小(约为孔板流量计 1/4~1/2 )。

输出与流量成正比的脉冲信号,适用于总量计量,无零点漂移;

在雷诺数范围内,输出频率信号不受流体物性(密度,粘度)和组分的影响,即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关,只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质,如图 9 . 8 所示。

可根据测量对象选择相应的检测方式,仪表的适应性强。

在各种流量计中是一种较有可能成为仅需干式校验的流量计。

 

涡街流量计的局限性

涡街流量计不适用于低雷诺数测量( Re d ≥ 2 x10000 ),故在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。

旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响,应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或装设流动调整器(整流器),一般可借鉴节流式差压流量计的直管段长度要求安装。

力敏检测法涡街流量计 VSF 对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所。

涡街流量计与涡轮流量计相比仪表系数较低,分辨率低,口径愈大愈低,一般满管式流量计用于 DN300 以下。

涡街流量计在脉动流、混相流中尚欠缺理论研究和实践经验。

涡街流量计的精确度

涡街流量计可按下述原则分类。按传感器连接方式分为法兰型和夹装型。按检测方式分为热敏式、应力式、电容式、应变式、超声式、振动体式、光电式和光纤式等。按用途分为普通型、防爆型、高温型、耐腐型、低温型、插人式和汽车专用型等。按传感器与转换器组成分为一体型和分离型。按测量原理分为体积流量计、质量流量计

涡街流量计的精确度对于液体大致在土 0.5 % R ~ 土 2 % R ,对于气体在土 1 % R ~ 土 2 % R , 性一般为 0 .2 % ~0 .5 %。由于 vsF 的仪表系数较低,频率分辨率低,口径愈大愈低,表口径不宜过大( DN300 以下)。

范围度宽是涡街流量计的特点,但重要的是下限流量为多少。一般液体平均流速下限为 0 . 5 m /s ,气体为 4~ 5 m /s 。涡街流量计的正常流量好在正常测量范围的 1/2~2/3 处。

涡街流量计VSF的仪表系数不受测量介质物性的影响,这是很大的优点,可以用一种典型介质校验而应用到其他介质去,对于解决校验设备问题提供便利。但是应该看到由于液、气的流速范围差别很大,因此频率范围亦差别很大。处理涡街信号的放大器电路中,滤波器的通带不同,电路参数亦不同,因此,同一电路参数是不能用于不同测量介质的。介质改变,电路参数亦应随之改变。

另外,气体和液体的密度差别很大,旋涡分离时产生的信号强度与密度成正比。因此信号强度差别亦很大,液、气放大器电路的增益,触发灵敏度等皆不一样,压电电荷差别大,电荷放大器的参数也不同。即使同为气体(或液体、蒸汽)随着介质压力、温度不同,密度不同,使用的流量范围不同,信号强度亦不同,电路参数同样要改变。因此一台 涡街流量计 VSF 不经硬件或软件修改,改变使用介质或改变仪表口径是不可行的。

 

射流流量计

 

一、概况

     射流流量计(以下简称 FDF )也属流体振动流量计。在 20 世纪 60~70 年代,射流技术曾迅速发展, FDF 也伴随出现。应用射流原理测量流量曾有过多种方案。利用射流张弛振荡原理、射流的剪切作用原理和射流的附壁效应原理都对其进行过研究试验,有的在试验室通过原理性试验,但并不实用,终未能商品化。只有利用附壁效应的 FDF得到实际应用。其中美国 Moore 公司利用附壁效应制成的反馈式 FDF ,从 70 年代投放市场后至令,仍然有大量销售。我国已有企业与 Moore 公司合作,引进了 Moore14 系列 FDF 产品。美、日、英等国的一些公司也在开发 FDF 。研究的内容大多集中在如何增强反馈控制作用,提高低流速灵敏度和线性度,扩大量程范围等方面。近年来,日本的几家燃气公司合作,以开发民用燃气表和民用水表为目标。也有的公司在研究 FDF 测量汽车发动机进气流量。

二、工作原理

     FDF 是利用射流的附壁效应和控制射流反馈的原理,产生流体振动,获得与状态体积流量成正比的流体振动频率来测量流量的。

射流流量计

    如图 3 . 38 所示,流体通过仪表前端的喷嘴,进人测量室。测量室内设置了两块特殊形状的侧墙。两侧墙内侧之间形成了流体流动的主通道。两侧墙的外侧与测量室的内壁之间构成了两条流体的反馈通道。流体进入测量室之后,由于一些随机的因素,不可能不偏不倚地沿着主通道轴线笔直流动。流体总能随机地依附两个渐扩的侧墙中的任意一个(假设侧墙 1 ) ,由于附壁效应,有一股流体流人该侧的反馈通道 l 。因两个侧墙摆设成前窄后宽的八字形,所以反馈通道内的压力前低后高。这样流体在反馈通道内就会从后向前流动。当反馈通道 1 内的流体从控制口 1 返回到主通道,并作用到主流时,就会促使主流偏向另一侧墙 2 。这样在侧墙 2 与测量室内壁构成的反馈通道 2 内,有一股反馈流体从后向前返回,从另一个控制口反馈,作用于主流,产生相同的反馈控制作用,迫使主流再次偏向侧墙 1 。随着流体连续流动,这种反馈控制作用就会持续下去,使主流产生持续地偏摆振动。试验证明,流体的偏摆振动频率与流速成正比,而不受流体的物理性质影响,仅与仪表的结构参数有关。图 3 . 39 所示是 DN25 仪表在三种不同介质中标定的曲线。从图中可看出,曲线的斜率是相同的。在流体振动过程中,反馈通道内流体的流速,从零到大,再回到零。这样大幅度的流速变化,给流体振动信号的检测提供了理想的位置。把热敏、力敏、光纤等检测元件安装在反馈通道内,既可获得较高的检测灵敏度,又不会对主流造成扰动影响。3.40所示是以反馈式 FDF 为基础,在内部结构上进行了改进的 FDF 。具体实施方案是在两侧墙之间增加了一靶、二靶和回流导板 2 ,既提高了低流速灵敏度,又可把压力损失保持在允许的范围内。大量试验发现,用 U 形靶替代心形靶作一靶效果更佳。

射流流量计

三、优点与局限性

    FDF 除具有流体振动流量计的优点外,还有自身的优点。主要表现在下限雷诺数很低,有的资料说可降至 120。Moore 公司已商品化的 140 型 FDF 其 20mm 25mm 40mm 流量计,在精确度为士 2 %时,下限雷诺数为 500 。这么低的雷诺数已经进人层流区域,这是 VSF 和 VPF 不可能达到的。由于 FDF 的这一特点,它可以用于黏度为 80cP(0.00008m2/s)的黏性流体,例如 2号一6号燃油流量测量。

    FDF 的另一个特点是可把仪表的尺寸做得很小,用于微小流量测量。参考文献 3 . 22提供的一种小型 FDF,在流量为 0.096~3.6m3/h 范围内,线性度为士 2 . 5 %。如果小流量提高到 0.24m3/ h ,则线性度可提高到士 1 . 5 %

    FDF 以上的两个特点有效地弥补了 VSF 和 VPF 的不足。然而在低雷诺数下,仪表工作进人层流区,这时附壁效应已很弱,并导致仪表的线性度变差。附壁效应减弱还使流体振动强度下降,再加上小管径和小的结构尺寸的限制,给信号检测元件的选型、安装带来难题。

    FDF 的另一个特点是可以根据使用要求采用塑料、陶瓷、金属等材料,用模铸工艺制造。这样就提高了仪表的一致性和互换性,大幅度降低制造成本。

四、结构与组成

    FDF 由传感器和转换器组成。传感器为一特殊结构的腔体,它有喷嘴形的人口;两个摆成八字形的侧墙;侧墙前端与人口两侧构成两个控制人口;侧墙后端与出口的两侧形成两个反馈通道的人口;两侧墙外侧与传感器内壁之间形成两个反馈通道。有些产品在主通道内还设置特殊形状的靶体,以提高流体振动的强度,改善 FDF 的流量特性。信号检测元件安装在传感器的侧面,检测元件伸人到反馈通道内。 FDF 的信号处理、转换电路,与 VSF 和 VPF 相同。

五、应用和注意事项

    1 .应用根据 FDF 的特点,目前主要用于小流量液体和气体流量测量。 ( 1 )低雷诺数液体流量测量以 Moore 公司 14 系列为例,主要用于各种液体化工介质及燃油流量测量,可测粘度低于 8 x10 -5 m2/s 的黏性流体和含固体颗粒达到 5 %的液体。 ( 2 )小流量或微流量测量国外已把 FDF 用作家用煤气表;在医疗领域用于麻醉气体、输氧量、人工肺的流量测量。 ( 3 )与节流装置组合使用在低静压输气管道中,英国煤气公司就设计了文丘里分流式 FDF 。在煤气管道上采用文丘里管节流,在文丘里管人口段和喉部引出分流通道,分别接到 FDF 的人口和出口。用 FDF 代替微差压传感器,既降低了价格,又可消除温漂和零漂。

2 .注意事项 ① 注意防止气穴现象的影响:测量液体化工介质特别是易挥发性液体时,应注意被测介质的流速和仪表的背压。 ② 仪表安装时,应使传感器保持水平,也就是要使两个反馈通道处于同一水平面上,不能侧立(即两个反馈通道一个在上边,一个在下边),以免小流量时出现反馈被“封闭”现象特别是测含固体颗粒的液体时更需注意水平安装。 ③ 保证上游直管段为 10D 下游直管段为2.5D 。 ④ 其他注意事项与 VSF 相同。

射流流量计

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