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渦街流量計選型設(shè)計

來源:江蘇先行儀表科技有限公司   2009年11月02日 15:59  
渦街流量計作為一種新型流量計,80年代中期以來發(fā)展較快,它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)和長處,在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣泛。在國內(nèi)使用渦街流量計進(jìn)行流量測量也愈來愈得到重視,目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的,根據(jù)旋渦的不同,檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式、磁敏式及差動開關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合,不僅可用于封閉的管道,還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計相比,渦街流量計沒有可動的機(jī)械部件,維護(hù)工作量小,儀表常數(shù)穩(wěn)定;與孔板式流量計相比,渦街流量計測量范圍大,壓力損失小,準(zhǔn)確度高,安裝與維護(hù)簡單。但渦街流量計的環(huán)境相關(guān)參數(shù)較多,容易在使用現(xiàn)場被忽略而影響流量計性能的正確發(fā)揮。
渦街流量計的原理是在流量計管道中,設(shè)置一滯流件,當(dāng)流體流經(jīng)滯流件時,由于滯流件表面的滯流作用等原因,在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦,這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開,形成所謂的卡門(Karman)旋渦列,兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的,卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281(h為兩旋渦列之間的寬度,L為兩個相鄰旋渦間的距離)時,旋渦列是穩(wěn)定的,在此情況下,產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ的關(guān)系為:
f =sv/d (5)
v=df/s (6)
式中 d ——圓柱形滯流件的直徑;
s——無量綱常數(shù),稱為Strouhal數(shù),與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。
流量計圓截面管道的雷諾數(shù)Re為:
(7)
式中 υ——流體的流速,m/s;
ρ——流體的密度,kg/m3;
μ——流體的動力粘度,kg?m-1/s。
而流體的流量:
Q=A *v
從上式可見,渦街流量計選型設(shè)計完畢,流量Q不僅與f有關(guān),而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù),其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。因此,流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。

經(jīng)過實(shí)踐,如下幾個方面對渦街流量計的使用都有影響,應(yīng)對這些問題進(jìn)行分析。

(1) 渦街流量計的測量范圍較大,一般10:1,但測量下限受許多因素限制:Re>10 000是渦街流量計工作的zui基本條件,除此以外,它還受旋渦能量的限制,介質(zhì)流速較低,則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低,難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號,旋渦頻率f也小,還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)(如磁敏式一般不超過400Hz)和電路的頻率限制,因此設(shè)計時一定要對流速范圍進(jìn)行計算、核算,根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜,選型時除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外,還要考慮電磁干擾。在強(qiáng)干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合,磁敏式、壓電應(yīng)力式等儀表不能正常工作或不能準(zhǔn)確測量。
(2) 振動也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時注意避免機(jī)械振動,尤其是管道的橫向振動(垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動),這種影響在流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感,故直管段長度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動條件時,是不宜選用的。即使是抗振性較強(qiáng)的電容式、超聲波式,保證流體為充分發(fā)展的單向流,也是不可忽略的。
(3) 介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應(yīng)力式渦街流量計不能長期使用在300℃狀態(tài)下,因其絕緣阻抗會由常溫下的10 MΩ~100 MΩ急降至1 MΩ~10 KΩ,輸出信號也變小,導(dǎo)致測量特性惡化,對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中,傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式,以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。
渦街流量計是一種比較新型的流量計,處于發(fā)展階段,還不很成熟,如果選擇不當(dāng),性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過合理選型、正確安裝后,還需要在使用過程中認(rèn)真定期維護(hù),不斷積累經(jīng)驗(yàn),提高對系統(tǒng)故障的預(yù)見性以及判斷、處理問題的能力,從而達(dá)到令人滿意的效果。
公司主要經(jīng)營:超聲波流量計便攜式超聲波流量計手持式超聲波流量計流量計固定式超聲波流量計液位計物位計料位計超聲波液位計超聲波料位計等儀器儀表產(chǎn)品.

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