涡街流量传感器

核心提示20世纪60年代末,相继出现了应用流体振动原理测量流量的新型仪表,即流体振动流量计。目前已经应用的有两种,一种是应用自然振动的卡门涡街流量计,另一种是应用强迫振动的漩涡流量计。这种流量计在管道内无可动部件,使用寿命长,线性范围宽,几乎不受温

20世纪60年代末,相继出现了应用流体振动原理测量流量的新型仪表,即流体振动流量计。

目前已经应用的有两种,一种是应用自然振动的卡门涡街流量计,另一种是应用强迫振动的漩涡流量计。这种流量计在管道内无可动部件,使用寿命长,线性范围宽,几乎不受温度、密度、压力、粘度等变化影响,压力损失小,精度高。仪表的输出是与体积流量成正比的脉冲信号,适用于气体、液体,所以颇受欢迎。

卡门涡 由流体力学可知,当流体以一定的速度v前进时,如果在前进的路上垂直地放置着非线性物体,如圆柱,三角形棱柱等,则在非线性物体的后侧发生漩涡,形成卡门涡街。如果该物体是一直径为d的圆柱,经研究表明,圆柱体后漩涡发生的频率为

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中:v为流速;d为圆柱体的直径;St为与雷诺数Re有关的无量纲数,称为斯特罗哈(Strouhal)数。

实验可以测定St数与雷诺数的关系,如图7-24所示。

图7-24 圆柱的斯特罗哈数与雷诺数(对数)关系

由图中可以看出,在Re=3×102~2×105范围时,St数几乎不变,为一恒定数,约等于0.21。因此在此流动范围内漩涡发出的频率可写成

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由上式可知漩涡发出频率仅与流速v、圆柱直径d有关,而与液体的种类、温度、压力、密度都没有关系。只要适当选择圆柱体的直径d,总可以使上式成立。

但当雷诺数超过2×105以后,St数就不是常数,上式不再成立,因此可用这一雷诺数值来规定所能测量的流速上限。而所能测量的流速下限是受漩涡检测器限制的。

卡门涡是交替排列的非对称涡街,如图7-25所示。

涡的旋转方向是由列决定的,如果上侧一列涡的旋转方向是顺时针的话,下侧就是反时针方向。设卡门涡街列的间隔为h,同列中的间隔为l,稳定的卡门涡街满足下列关系

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这一结论由冯·卡门首先从理论上得到了证明,而后卡门与鲁巴赫(H·Rubach)又从实验中验证了这一结论。

泥浆流量检测可采用的是涡街流量传感器,它是适用于各种液体、气体和蒸汽的流量计量。该传感器是根据“卡门涡街”原理研制的一种流体振荡式仪表。通过测量卡门漩涡分离频率便可算出瞬时流量。卡装式原理如图7-26所示。

图7-25 圆柱体后的卡门涡

图7-26 卡装式原理图

涡街流量传感器特点:

(1)无活动部件,无磨损,结构简单,长期稳定;

(2)采用微功耗高新技术,电池供电的现场显示型流量计,可不断电运行两年以上;

(3)温压补偿一体化设计;

(4)电流输出均为电隔离型,具有良好的共模干扰抑制能力;

(5)同时显示流量值与累计流量值,不必轮流切换。

1.涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求,否则会影响介质在管道中的流场,影响仪表的测量精度。仪表的上下游直管段长度要求见图

注:调节阀尽可能不安装在涡街流量仪表的上游,而应安装在涡街流量仪表的下游10D处。

2.上、下游配管内径应相同。如有差异,则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db,应满足以下关系0.98Db≤Dp≤1.05Db上、下游配管应与流量仪表表体内径同心,它们之间的不同轴度应小于0.05Db。

3.仪表与法兰之间的密封垫,在安装时不能凸入管内,其内径应比表体内径大1-2mm。

(三)涡街流量计的安装步骤

1.按开口尽寸的要求在管道上进行开口,具使开口的位置满足直管段的要求。

2.将连接上法兰的整套流量计放入开好口的管道中。

3.对两片法兰两边实行点焊定位。将流量计拆下,将法兰按要求焊接好,并清理管道内所有凸出部分。

4.在法兰的内槽内装上与管道通径相同的密封垫圈,将流量计装入法兰中间,并使流量计的流向标与流体方向相同,然后用螺栓连接好。

(四)流量计在水平管道上的安装:

测量气体流量时,若被测气体含有少量的液体,流量计应安装在管线的较高处。测量液体时,若被测液体中含有少量的气体,流量计应安装在管线的较低处。

(五)流量计在垂直管道的安装:

测量气体时,流量计可以安装在垂直管道上,流向不限。若被测气体中含有少量的液体,气体流量应由下向上。测量液体流向时,液体流向应由下向上。

 
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