涡街流量计技术讲座上课讲义.ppt

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1、涡街流量计技术讲座一、概述(续2)我国VSF的生产亦有飞速发展，全国生产厂达数十家，这种生产热潮国外亦未曾有过。应该看到，VSF尚属发展中的流量计，无论其理论基础或实践经验尚较差。至今最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论，而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞（均匀流场）中实验得出的，它与封闭管道中具有三维不均匀流场其旋涡分离的规律是不一样的。至于实践经验更是需要通过长期应用才能积累。一般流量计出厂校验是在实验室参考条件下进行的，在现场偏离这些条件不可避免。工作条件的偏离到底会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确。这些都

2、说明流量计的迅速发展需求基础研究工作必须跟上，否则在实用中经常会出现一些预料不到的问题，这就是用户对VSF存在一些疑虑的原因，它亟需探索解决。　　VSF已跻身通用流量计之列，无论国内外皆已开发出多品种。全系列、规格齐全的产品，对于标准化工作亦很重视，流量计存在一些问题是发展中的正常现象。2二、工作原理与结构1.工作原理在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表

3、体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式　　　　　　　　　　f=SrU1/d=SrU/md　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）式中　　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；　　　　Sr--斯特劳哈尔数；　　　　m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比3二、工作原理与结构(续1)管道内体积流量qv为　　　　　　　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr　(2)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1　　　(3)图1卡曼涡街图2斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线式中K--流

4、量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。　　K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为：4二、工作原理与结构(续2)式中：qVn，qV--分别为标准状态下（0℃或20℃，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；　　Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压

5、力，Pa；　　Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；　　Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。5二、工作原理与结构(续3)2.结构VSF由传感器和转换器两部分组成，如图3所示。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转

6、换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。图3涡街流量计6二、工作原理与结构(续4)（1）旋涡发生体旋涡发生体是检测器的主要部件，它与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损失）密切相关，对它的要求如下。　　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

7、加工和几何参数标准化，以及各种检测元件的安装和组合；　　5）材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温度变化；　　6）固有频率在涡街信号的频带外。7二、工作原理与结构(续5)已经开发出形状繁多的旋涡发生体，它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，如图4所示。单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱，其他形状皆为这些基本形的变形。三角柱形旋涡发生体是应用最广泛的一种，如图5所示。图中D为仪表口径。为提高涡街强度和稳定性，可采用多旋涡发生体，不过它的应用并不普遍。（a）单旋涡发生体（b）双、多旋涡发生体图5三角柱旋涡发生体d/D

8、=0.2～0.3;c/D=0.1～0.2;b/d=1～1.5;θ=15o～65o图4旋涡发生体8二、工作原理与结构(续6)⑵检测元件流量计检测旋涡信号有5种方式。　　1）用设置在旋涡发生体内的检测元件直