涡街流量计原理.doc

涡街流量计
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流体流经阻挡体或者是特制的元件时,产生了流动振荡,通过测定其振荡频率来反映通过的流量。
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优点:无可动部件,寿命长;准确度高,线性范围宽;量程范围宽(100:1);压力损失小;不受P、t、η、ρ等流体参数变化的影响;气、液均可以使用,可用于大口径管道的气液测量。
缺点:干扰引起的流量振荡时影响较大。
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涡街流量计是利用流体力学中著名的卡门涡街原理,即在流动的流体中插入一个非流线型断面的柱体,流体流动受到影响,在一定的雷诺数范围内将在柱体下游,均要产生漩涡分离。当这些漩涡排列成两排、且两例漩涡的间距与同列中两相邻漩涡的间距之比满足下式时,h/l= ,就能得到稳定的交替排列漩涡,这种稳定而规则地排列的涡列称为“卡门涡街”。这个稳定的条件是冯·卡门对于理想涡街研究分析得到的,后来一般把错排稳定的涡街称作“卡门涡街”。这就是卡门涡街流量计的名称由来,如图1所示
图1 卡门涡街示意图
理论和实验的研究都证明,漩涡分离频率,即单位时间内由柱体一侧分离的漩涡数目f与流体速度V1成正比,与柱体迎
流面的宽度d成反比,即:
式中f—漩涡分离频率。
Sr—斯特劳哈尔数(无量纲)。对于一定柱型在一定流量范围内是雷诺数的函数。
V1—漩涡发生体两侧的流速,m/s。
d—漩涡发生体迎流宽度mm。
为了计算方便起见,可用管道内平均流速
通过试验可以测定Sr数,其数值与柱体的断面形状、柱体流道的相对尺寸以及流动雷诺数有关。大量的试验表明,对于许多经过适当选择的柱型,由于数在很宽的雷诺数范围内可以看成是常数。一旦柱体和流道的几何尺寸及其形状确定后,f便与成为简单的正比关系,因而检测出漩涡的频率,便可以测得流速,并以此推知其流量。这就是涡街流量计的基本原理。
当流体流动受到一个垂直于流动方向的非流线形柱体的阻碍时,柱体的下游两侧会发生明显的旋涡,成为卡门涡列,涡列的形成与流体雷诺数有关。如图2,漩涡形成示意图,图3卡曼涡街示意图。
图2:漩涡形成示意图
图3:卡曼涡街
1. 3 涡街流量计结构
:如图4,涡街流量计=传感器+转换器
§ (1)传感器:
Ø 旋涡发生体(阻流体)、
Ø 检测元件、
Ø 仪表表体;
§ (2)转换器:
Ø 前置放大器、
Ø 滤波整形电路、
Ø D/A转换电路、
Ø 输出接口电路、端子、支架和防护罩
图4:窝接传感器剖面图

与仪表的流量特性(仪表系数、线性度、范围度等)和
阻力特性(压力损失)密切相关,
要求如下:
①能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离;
②在较宽的雷诺数范围内,有稳定的旋涡分离点,保持恒定的斯特劳哈尔数;
③能产生强烈的涡街,信号的信噪比高;
④形状和结构简单,便于加工、安装和组合;
⑤材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀,耐磨蚀,耐温变;
⑥固有频率在涡街信号的频带外。
旋涡发生体和检测方式一览表

利用伴随漩涡分离的物理效应,可以采用热敏、力敏元件通过光、声调制方法等来检测漩涡分离频率。
至今用于检测分离频率的方法和采用的元件是多种多样的,
归纳起来有以下几种典型方法:
(1)热敏元件检测方法漩涡分离产生的交变环流所引起的柱体表面速度脉动或者交变横向流的频率,用加热的金属丝、热敏电阻器等进行检测。
(2)力敏元件检测方法漩涡分离造成的交变差压、交变升力或者交变升力引起的机械振动,用差动电容、电阻应变片、压电晶体、压电陶瓷等检测。
(3)电磁传感器检测方法漩涡的分离所引起的膜片或者梭球等的往复振动的频率,用电磁传感器检测。声、光信号调制检测方法利用声束光束通过涡街时受到漩涡的调制,由接收声强光强或相位的脉动频率得到漩涡分离频率。

主要方法:压力脉动测量法、流速脉动测量法、频率直接检测法;
热电阻法(P脉动):
把圆柱做成空心,中间放入一个加热的电阻丝,在隔板层开几个导压孔,当一侧产生涡列时,P变化(脉动),另一侧未变,所以流体经过导压孔突然流过电阻丝,使之冷却,温度降低,电阻减小,另一侧再产生涡列时,流体反而再次冷却,电阻减小,测出电阻下降的次数就可以推出f。
热敏电阻法(灵敏度高):
在三角柱体的迎流面上对称的嵌入两个热敏电阻,热敏电阻中通入恒定的电流,使之温度在流体静止的情况下比流体高出10℃左右。未起漩时,流体的温度相同,交替旋转时,发生漩涡的一侧,能量损失,因此流速降低,此侧对电阻的冷却作用下降,可以产生一个脉冲。
电磁检测法:
旋涡发生体后设置一个信号电极,并使电极处于一个磁感应强度为B的永久磁场中,流体旋涡的振动使电极同频率振动,