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渦街流量計(jì)的工作原理

更新時間:2021-04-06      點(diǎn)擊次數(shù):2526

渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理研究生產(chǎn)的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)。
其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,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(shù)的影響。無可動機(jī)械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。
在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體,則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦,旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。
渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理(Kármán Vortex Street)測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。并可作為流量變送器應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)中。
渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的,流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時,在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦,旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān),可用下式表示:

式中: 為旋渦的釋放頻率,單位為Hz;v為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度,單位為m/s;d為旋渦發(fā)生體特征寬度,單位為m;St為斯特勞哈爾數(shù)(Strouhal number),無量綱,它的數(shù)值范圍為0.14-0.27。
St是雷諾數(shù)的函數(shù), 。
當(dāng)雷諾數(shù)Re在 范圍內(nèi),St值約為0.2。在測量中,要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在 ,此時旋渦頻率 。
由此,通過測量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v,再由式 可以求出流量q,其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。
技術(shù)指標(biāo)編輯
測量介質(zhì): 氣體、液體、蒸汽
連接方式:法蘭卡裝式、法蘭式、插入式
口徑規(guī)格 法蘭卡裝式口徑選擇 25,32,50,80,100
法蘭連接式口徑選擇 100,150,200
流量測量范圍 正常測量流速范圍 雷諾數(shù)1.5×104~4×106;氣體5~50m/s;液體0.5~7m/s。
正常測量流量范圍 液體、氣體流量測量范圍見表2; 蒸汽流量范圍見表3。
測量精度 1.0級 1.5級
被測介質(zhì)溫度:常溫–25℃~100℃,高溫–25℃~150℃ -25℃~250℃
輸出信號 脈沖電壓輸出信號 高電平8~10V 低電平0.7~1.3V
脈沖占空比約50%,傳輸距離為100m
脈沖電流遠(yuǎn)傳信號 4~20 mA,傳輸距離為1000m
儀表使用環(huán)境 溫度:-25℃~+55℃ 濕度:5~90% RH50℃
材質(zhì) 不銹鋼,鋁合金
電源 DC24V或鋰電池3.6V
防爆等級 本安型iaIIbT3-T6,防護(hù)等級 IP65。
特點(diǎn)編輯
結(jié)構(gòu)簡單而牢固,無可動部件,可靠性高,長期運(yùn)行十分可靠。
安裝簡單,維護(hù)十分方便。
檢測傳感器不直接接觸被測介質(zhì),性能穩(wěn)定,壽命長。
輸出是與流量成正比的脈沖信號,無零點(diǎn)漂移,精度高。
測量范圍寬,量程比可達(dá)1:10。
壓力損失較小,運(yùn)行費(fèi)用低,更具節(jié)能意義。
在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出信號頻率不受流體物理性質(zhì)和組份變化的影響,儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān),測量流體體積流量時無需補(bǔ)償,調(diào)換配件后一般無需重新標(biāo)定儀表系數(shù)。
應(yīng)用范圍廣,蒸汽、氣體、液體的流量均可測量。
檢定周期為二年。
渦街流量傳感器應(yīng)用內(nèi)徑范圍為25-300mm(滿管式)
插入式渦街流量傳感器應(yīng)用內(nèi)徑范圍為350-1200mm(插入式)。
滿管式測量液體精度為1%
測量蒸汽和氣體精度為1.5% [3] 
插入式測量液體精度為2%
測量蒸汽和氣體精度為2.5%
被測介質(zhì)溫度為-20~150℃、-40~250℃、+100~350℃(僅管式)
輸出信號為三線制電壓脈沖,三線制4-20mA、二線制4-20mA。
安裝要求
1、合理選擇安裝場所和環(huán)境。
避開強(qiáng)電力設(shè)備,高頻設(shè)備,強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備;避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊?,避開強(qiáng)烈震動場所和強(qiáng)腐蝕 環(huán)境等,同時要考慮安裝維修方便。
2、上下游必須有足夠的直管段。
若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有二個90°彎頭,則:上游直管段≥25D,下游直管段≥5D 。
若傳感器安裝點(diǎn)的上游在不同平面上有二個90°彎頭,則:上游直管段≥40D,下游直管段≥5D 。
調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在傳感器的下游5D以外處,若必須安裝在傳感器的上游,傳感器上游直管段應(yīng)不小于50D,下游應(yīng)有不小于5D。
3、安裝點(diǎn)上下游的配管應(yīng)與傳感器同心,同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。
4、管道采取減振動措施。
傳感器盡量避免安裝在振動較強(qiáng)的管道上,特別是橫向振動。若不得已要安裝時,必須采取減振措施,在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置,并加防振墊。
5、在水平管道上安裝是流量傳感器醉常用的安裝方式。
測量氣體流量時,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處。
測量液體流量時,若被測液體中含有少量的氣體,傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。
6、傳感器在垂直管道的安裝。
測量氣體流量時,傳感器可以安裝在垂直管道上,流向不限。若被測氣體中含有少量的液體,氣體流向應(yīng)由下向上。
測量液體流量時,液體流向應(yīng)由下向上:這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。
7、傳感器在水平管道的側(cè)裝。
無論測量何種流體,傳感器可以在水平管道上側(cè)裝,特別是測量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體,若條件允許醉好采用側(cè)裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
8、傳感器在水平管道的倒裝。
一般情況下不推薦用此安裝方法。此安裝方法不適用于測量一般氣體、過熱蒸汽。可用于測量飽和蒸汽,適用于測量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。
9、傳感器在有保溫層管道上的安裝。
測量高溫蒸汽時,保溫層醉多不能超過支架高度的三分之一。
10、測壓點(diǎn)和測溫點(diǎn)的選擇。
根據(jù)測量的需要,需在傳感器附近測量壓力和溫度時,測壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。
注意事項(xiàng)
磚用法蘭與直管段焊接時不能帶著傳感器焊接。
安裝時應(yīng)使傳感器的流向標(biāo)志與管道內(nèi)流體流向一致。
傳感器安裝前,法蘭凹槽內(nèi)必須放好密封圈。壓力和溫度測量點(diǎn)的位置,取壓點(diǎn)在傳感器下游3~5DN處,測溫點(diǎn)在下游5~8DN處。
測量高溫介質(zhì)時,切勿用隔熱材料把傳感器連接桿周圍包起來。
連接傳感器的屏蔽電纜走向,應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場的干擾場合。覺對不允許與高壓電纜一起敷設(shè),屏蔽電纜要盡量縮短,并且不得盤卷,以減少分布電感,醉大長度不應(yīng)超過200米。
安裝傳感器前,管道必須進(jìn)行清洗。沖掉管內(nèi)的雜質(zhì),避免通流后堵塞傳感器。測量液體的管道必須充滿被測液體,防止氣泡的干擾。