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聊一聊涡街流量计的流量测量新型测量方法?
时间:2021-06-25
旋涡街道流量计流量测量新方法
说明了涡街流量计流量测量的充分可行性,通过实验数据说明,流量计的检测性能得到了提高。
0.介绍。
采用节流差压原理制造的流量计种类繁多,其原理可靠,结构简单,无运动部件,可靠性高。但差压式流量计采用的是差压数值,用于差压式流量计设计计算的流量方程较为复杂,仪器的测量精度受被测流体物性的影响较大。差压式流量计输出的差压模拟信号与流量并非线性关系,这种模拟信号不适合远程传输,而且容易产生零漂和温漂。这就导致了差压式流量计现场使用系统的精度不高。与此同时,差压式流量计的范围一般较窄。这一缺点使差压式流量计在某些测量精度要求较高的情况下无法应用。
旋涡街道流量计是一种新型的数字信号流量计。旋涡街道流量计测量精度高,介质通用性好,输出线性频率信号,无温漂和零漂,系统结构简单,无运动部件,维修量小,可靠性高,使用寿命长。其他类型的流量计不能同时使用。
水平脉动差压涡街流量计是在这两种流量计的基础上发展起来的。在这里,差压传感器不是用来测量差压的值,而是用来测量差压的脉动频率。通常,涡街流量计的涡流分离频率可以通过多种不同的方法进行检测。曾经采用的方法有:用应变片或压电晶体检测涡流交替分离引起的水平交替升力;用涡流调制超声信号的方法;用涡流交替分离引起的交变差压推动金属片振动,切割磁力线产生交变电势的方法;其中,压电晶体检测方法目前使用***多,**常用。
采用高居里点的压电晶体或压电陶瓷对涡流分离引起的交变横向升力进行检测。压电晶体无需与被测介质接触,流量计的使用介质温度、压力可提高;仪器具有较高的可靠性和使用寿命。但压电晶体是一种力敏元件,易受管路振动或声波激励而产生噪声干扰信号,其抗振动能力较低。涡街流量计采用压电晶体检测方法,不适用于机械振动强的场合。
水平脉动差压涡街流量计采用动态差压测量性能好的差压传感器,检测水平差压的脉动频率。交变差压传感器输出的差压信号通过滤波、整形成与流量成比例的频率信号输出。与压电晶体检测法的涡街流量计相比,差压检测式涡街流量计具有更好的抗机械振动能力。此外,差压传感器系统位于流量计的流管外,在维护和更换差压传感器时无需切断管道流量。
目前市场上还没有可供现场使用的差压检测涡街流量计产品。文献中介绍的差压检测涡街流量计采用两侧管壁取差压的方法,即在涡流发生器后两侧管壁上设置感压孔和导压管,用差压传感器测量这两点的差压,通过差压传感器输出的差压脉动信号获得涡流分离频率,从而获得体积流量值。这种两侧壁取压方式的取压点位置有很多方案,但都在涡流发生器后面的涡流尾流部分。
涡流发生器的下游是流动噪声较强的区域,因此,****终收集到的差压信号中叠加了较强、较复杂的流动浴声信号。这样会增加信号处理电路的负担。另外,这种取压方式需要较长的引压管道,导致交变差压检测系统的频率特性变差,也不利于涡街流量计差压传感器及其附件的结构布置。为开发一种流动噪声信号低、结构紧凑的差压检测式涡街流量计,对涡街发生器直接取差压的差压检测式涡街流量计进行了实验研究,并对涡街发生器上直接取差压的接取差压的水平脉冲差压涡街流量计。
1.水平脉动差压涡街流量计原理。
1.1水平差压的概念。
节流差压流量计通常在节流部件的上下游分别设置压力孔,通过测量两者的压力值来计算流量,即两个压力孔和流体的流动方向沿流动方向的上下游纵向排列,测量纵向压力差。差压检测式涡街流量计的两个压力孔设置在与流动方向垂直的同一平面上,检测流体横向压力差的脉动频率。
1.2产生横向脉动差压的机制。
当管道中的流体流经非流线型截面的柱体时,雷诺数达到一定值后,柱体后部两侧会产生交替分离的涡流,导致流体产生振动射流,即柱体两侧的流速交替增加或减小。由于流体的振动流动,柱体两侧会产生脉动的横向压差。两侧压差的正负方向与涡流分离频率同步变化。
根据流体流动机理分析,涡流在柱体两侧交替形成和分离的过程中,在柱体后部不断变化方向的横向流动中发挥着重要作用,这种横向流动周期性地变化方向,维持了沿柱体绕流的规则振动现象。
1.3压差脉动频率与流量的关系。
研究表明,圆柱绕流的规则振动频率取决于管道的平均流速和圆柱的几何参数(截面形状和尺寸)。
当柱截面的几何形状一定时,涡流分离频率与柱侧流速v和柱迎流面宽度d有一定的比例关系:
f=St×v/d
在上式中,斯特劳哈尔数St系数仅由柱截面几何形状决定。实验表明,在一定Re数范围内,St是常数。d是固定值,所以脉动差压的频率,即流体振动的频率f与管道中的平均流速v成正比。瞬时流量与流体振动频率成为确定的线性关系。测量水平差压脉动频率,即测量管道中的流量。
2.水平差压涡街流量计的主要结构。
1)涡流发生器;2)差压传感器;3)信号处理电路;
四、表体;五、三阀组。
2.1管壁取压(低于DN50)
2.2柱取压(DN80-DN300)
2.3柱侧压力。
三、水平差压涡街流量计的主要特点。
3.1原始信号是脉冲数字信号。
1)脉冲数字信号,压力元件没有零点漂移或温度漂移。(测量变化量而不是幅度)。
2)传输距离远,信号范围的衰减不影响流量测量精度。
3)仪器的精度为示值精度。
3.2压力传感器数字信号与流体的线性关系。
数字脉冲信号与流量的线性关系可以获得更高的测量精度。
3.3差压传感器的原始信号信噪比高。
感应器原信号信噪比好,可大大降低流量计测量下限。
3.4可用于测量成分变化的介质。
当测量体积流量时,流量计的仪表系数几乎与介质密度无关。
因此,与差压流量计相比,和液体时,精度高于差压流量计。
3.5结构简单,安装方便。
流量计直接安装在管道上,无需额外安装压力管、差压变送器等。
3.6抗振动能力强。
受管道振动和声波影响小,抗振能力优于传统应力检测涡街流量计。
3.7测量下限低,范围比宽。
在中国航空工业计量站20000升钟罩检定系统中,DN80样机进行了精度测试,得到图9。
精度指标分别为:
流量区间为30-802m3/h,线性误差为1.1%,重复性误差为0.36%(范围为1:26)。
流量区间为50-802m3/h,线性误差为0.51%,重复性误差为0.12%(范围为1:16)。
流量区间70-694m3/h,线性误差0.3%,重复性误差0.12%(范围1:10)。
从图10~图16可以看出,每个测量点的信号质量都很好。
3.8检测元件可持续在线更换。
传感器元件可以在线更换。更换传感器元件后,仪器系数不变。
3.9涡流发声体侧面中心取压不易堵塞。
DN80以上口径取压空位于涡流发声体侧面的中心,该位置流速***大,测量赃物介质时

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