升力式渦街質量流量計

1 .優點 渦街流量計 VSF 具有流體振動流量計的共同優點,另外還有以下幾方面優點。

① 壓力損失較小、,僅為孔板流量計的一半。

② 安裝方式靈活,可以水平、垂直、傾斜安裝。

③ 結構形式多樣,可以做成滿管式,也可以做成插人式,測量大管徑流量。插人式 VSF 是重要的插人式流量計之一。

④ 可根據不同的測量介質和測量現場,選擇合適的檢測方法。

2 .局限性世界上沒有的流量計。盡管 渦街流量計VSF 有許多優點,但它也有明顯的不足與局限性。

① 它是一種典型的速度式流量計。渦街的穩定性受流場畸變和旋轉流影響。安裝時要根據儀表上游阻流件不同形式,配備足夠長的上、下游直管段,或者安裝流動調整器,消除流場的影響。不少專家認為 VSF 對上游直管段長度要求不會比節流裝置低。

② 不適用于低雷諾數流量測量。大多數 VSF 在雷諾數 Re d ≥ 2 × 10 4 時,流量特性才進人線性區域,故在粘度高、流速低、口徑小的場合應用會受到限制

③ 采用力敏檢測元件(如應力式、應變式、電容式等)的 VSF 對機械振動較敏感,特別是當管道振動頻率與旋渦頻率相近,且振動方向與檢測元件接受力的方向一致時,對測量的影響就會特別嚴重,甚至使 VSF 不能正常工作。盡管各制造廠對 VSF 的抗振性能想出不少辦法,但選用時仍應特別慎重。

④ 與其他脈沖輸出型流量計相比, VSF 的儀表系數 K 較低,且隨儀表通徑增大,儀表系數以直徑比 3 次方的速率下降,儀表的分辨率也急劇降低。所以.滿管式 VSF 不適合制作成大口徑流量計,通常儀表公稱通徑小于 DN300 。

⑤ 旋渦分離時,在發生體后方局部壓力會明顯下降。測量液體流量時,如果管道壓力降到流體的飽和蒸氣壓以下時,就會發生汽蝕現象,致使 VSF 不能正常工作。在低壓力、高流速狀態或測量易揮發介質時,應核算流體的背壓。

⑥ 測量氣體流量時,流量上限受氣體壓縮性的限制;流量下限受 K 系數非線性和檢測元件的靈敏度的限制。

⑦ 混相流、脈動流對 VSF 工作的影響還缺少理論和實踐經驗,一般不宜選用。

⑧ 歷史較短,理論基礎和實踐經驗都不足。以上的局限性.提醒使用者注意儀表的選型,以確保 VSF 的應用合理,提高計量水平。

分類 VSF 分類有不同的方法。

    按儀表與被測管道連接方式不同,可分為法蘭型、法蘭卡裝型。按用途不同,可分為防爆型、普通型、按結構分為一體型、遠傳型。按測量原理分為體積流量、質量流量。按功能分為常規型、智能型。按檢測方法分為熱敏式、超聲式、電容式、應力式、應變式、振動體式、光電式、光纖式、電磁式。從目前的習慣,大多數生產廠和用戶都以檢測方法來分類,這樣能直接區分儀表的特點和用途。

    壓縮性流體體積流量是一個不確定的量,只有確定了被測流體的狀態(壓力和溫度),體積流量才具有可比性。 VSF 是一種典型的速度式流量計,它所測量的是工作狀態下的體積流量。對于氣體或蒸氣,由于工作狀態變化,其密度也隨之變化。如果不進行壓力、溫度測量和補償、就會引起很大的測量誤差。質量流量是一個確定的量,的質量流量都有的介質密度相對應。測量質量流量不需進行壓力、溫度補償。用 VSF 測量質量流量曾引起儀表設計者的興趣。 20 世紀 80 年代以來,外相繼投人質量型 VSF 的研究開發,并推出一些新成果。 下面介紹兩種質量型 VSF ,這兩種儀表都應用了旋渦分離時表現出的力學現象,實現測量質量流量。

    1 .升力式渦街質量流量計 對于常規型 vsF ,通常都只注重旋渦頻率 f 的測量,即把檢測元件輸出的原始旋渦信號斷放大、濾波、整形,獲得頻率 f 與流速成正比的方波,實現體積流量測量。這種做法忽略了旋渦信號中所包含的另一種信息,即旋渦信號幅值(或有效值)所包含的信息。實際上旋硯信號的大小不僅與流速二有關,還與流體的密度 P 有緊密的關系?;謊災?,旋渦信號包含兩種信息:一種是代表流速 v 的信息,特征量是旋渦頻率了;另一種是代表質量速度 Pv 的信息特征量是旋渦信號的幅值。充分利用這兩種信息,就能實現質量流量測量。

渦街流量計

    圖 3 . 21 所示是升力式渦街質量流量計的原理框圖.檢測元件輸出信號,經前置放大器初步放大后,分兩路進行處理。一路信號經濾波放大(但不能限幅),濾除噪聲后,由峰值檢測或有效值檢測,送到運算電路;一路信號如同常規渦街流量計一樣 放大、濾波、整形,獲得頻率為 f 的方波信號,送到運算單元的另一輸入端。升力式渦街質量流量計結構簡單,兩路信號經運算單元運算就得到質量流量。檢測元件輸出信號提供了兩種用途,而不再需要其他檢測元件,大大簡化了信號檢測機構。兩路信號中,旋渦頻率檢測相對容易,精確度也較高。測,難度就大多了,因為信號幅值受多種因素影響。例如,性、現場安裝條件(上游阻流件、直管段長度)、現場環境而旋渦信號幅值 〔 或有效值)檢檢測元件和前置放大器的穩定(管道振動、電磁干擾)情況、介質溫度變化等,都會使檢測信號幅度不穩定,而要克服這些不利因素的影響,工作量是很大的。因此,這種方法測量精確度很難提高。日本橫河早提出這種流量計的設想,并投人開發。 1994 年在 《 計測技術 》 刊登了該儀表的報道,在范圍度為 10 : 1 時,測量誤差達到士 2 % (量程)。

2:差壓式渦街質量流量計

    被測流體流經發生體,產生旋渦分離,部分動能被轉換和消耗,產生了壓力損失 △ p , 見式( 3 · 17 )。用式( 3 · 17 )除以式( 3 · 4 ) ,經整理可得質量速度 Pv 為

渦街流量計

     由式( 3 . 23 )可看出,質量流量 q m 與壓力損失 △ p 成正比,與旋渦頻率 f 成反比.這就是差壓式質量流量計的基本公式。要測量質量流量需要測量旋渦頻率 f 和發生體產生的差壓 △ p 。圖 3 . 22 所示是這種儀表的原理框圖。

差壓式質量流量計

    差壓信號是發生體上、下游特定位置的兩個取壓孔間的壓力差。兩取壓孔的軸線應與發生體的軸線處在同一平面內。取壓孔的距離對差壓值的大小和穩定性有明顯影響。距離近,差壓信號大,但穩定性差;距離遠,則反之。通過試驗,選擇合適的取壓孔位置是很重要的。和升力式渦街質量流量計相比,這種儀表更簡單,更容易實現。重慶工業自動化儀表研究所于 20 世紀 90 年代就此投人開發,并取得發明專利,產品已在部分企業應用。

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