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華立渦街流量計(jì)特點(diǎn)和局限性
關(guān)鍵字:流量計(jì),渦街流量計(jì) 日期:2012-8-4 9:14:44
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特點(diǎn)與局限性
一、特 點(diǎn)
年青的渦街流量計(jì)發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣是不少流p量儀表所不及的。究其原因,還是由它自身的特點(diǎn)所決定的。
渦街流量計(jì)的主要特點(diǎn)如下:
1.輸出與流體流速成正比的脈沖信號(hào),不存在零漂問題
在諸多流量儀表中,有不少儀表輸出的是模擬信號(hào),如差壓流量計(jì)、浮子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、靶式流量計(jì)等。這類儀
表輸出信號(hào)存在著零點(diǎn)漂移,會(huì)給流量測(cè)量帶來誤差,特別是在小流量狀態(tài),零漂對(duì)測(cè)量精度的影響是不可小視的。上述幾
種流量計(jì)中,除電磁流量計(jì)外,其他流量計(jì)的流量特性還是非線性的。這種非線性給儀表帶來的問題是,當(dāng)?shù)土砍虝r(shí),測(cè)量
精度和檢測(cè)靈敏度難以提高,儀表的量程比難以擴(kuò)大。
2.無可動(dòng)部件,可靠性高
在流量計(jì)中,運(yùn)動(dòng)的測(cè)量部件,無疑是其薄弱環(huán)節(jié)。運(yùn)動(dòng)部件的磨損,使儀表系數(shù)改變,不僅降低了測(cè)量精確度,也縮
短了儀表的壽命。在壽命期內(nèi),為了保持測(cè)量精度,必須經(jīng)常對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定周期短,是有可動(dòng)部件流量計(jì)的又一缺
點(diǎn)。對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求較高,儀表應(yīng)用范圍受到限制。而渦街流量計(jì)無可動(dòng)部件,提高了它的可靠性。
3.測(cè)量工作狀態(tài)體積流量,對(duì)流體的物性變化不敏感
在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),旋渦分離的頻率僅與流體工作狀態(tài)下的體積流量成正比。而對(duì)被測(cè)流體壓力、溫度、粘度和組
分變化不敏感。因此,在幾何相似和動(dòng)力相似條件下,
渦街流量計(jì)可用一種典型介質(zhì)(如水或空氣)標(biāo)定,就可確定它的儀表系數(shù),并可在其他介質(zhì)中使用。渦街流量計(jì)的這一特點(diǎn),對(duì)生
產(chǎn)廠和用戶都會(huì)提供很大的方便。對(duì)用于高壓氣體的渦街流量計(jì),使用常壓條件下標(biāo)定的儀表系數(shù),用戶完全可以放心,生
產(chǎn)廠不必為沒有高壓標(biāo)定設(shè)備而憂慮;用于氣體的渦街流量計(jì),也可在水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中校驗(yàn),提高標(biāo)定精確度。渦街流量計(jì)
這一特點(diǎn),為它實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定、發(fā)生體標(biāo)準(zhǔn)化提供了有利的條件。
4.量程范圍較寬
大多數(shù)渦街流量計(jì),在雷諾數(shù)為2×l04~7×l06范圍內(nèi),可具有較好的線性度,按這個(gè)雷諾數(shù)范圍計(jì)算,渦街流量計(jì)最
大量程比可達(dá)300:1以上。由于檢測(cè)元件的靈敏度、儀表的壓力損失和其他方面的限制要達(dá)到這么高的量程比是非常困難的。
但大多數(shù)的渦街流量計(jì)的量程比可達(dá)到10:1以上,有的可達(dá)到20:1甚至30:1。而其他的流量計(jì)如差壓流量計(jì),卻沒有這么寬
的量程范圍。
5.測(cè)量精確度較高
渦街流量計(jì)屬測(cè)量精確度中等偏上的流量計(jì),通常測(cè)量液體的精確度為±0.50/0~±1010,測(cè)量氣體的精確度為±1%~±
1.5%,這種精確度比渦輪流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量計(jì)低,但與傳統(tǒng)的差壓流量計(jì)、浮子流量計(jì)相比,測(cè)量精確度較高。
6.結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便
7.適用于多種介質(zhì)
渦街流量計(jì)可測(cè)量液體、氣體和蒸汽流量。不少流量計(jì)不具備這一特點(diǎn)。例如電磁流量計(jì)只可用于導(dǎo)電液體,對(duì)電導(dǎo)率
很低的化工介質(zhì)、油和氣體,不能測(cè)量;容積式流量計(jì)可測(cè)量液體、氣體,但不能測(cè)量蒸汽。
8.壓力損失較小
渦街流量計(jì)與孔板流量計(jì)相比,壓力損失小,僅為孔板的1/4~l/2。 9.安裝方式靈活
除個(gè)別類型(例如振動(dòng)體式)外,根據(jù)現(xiàn)場工藝管道的不同,可水平、垂直和不同角度傾斜安裝。渦輪流量計(jì)、容積式流量
計(jì)則不可能這么靈活。
10.結(jié)構(gòu)形式多樣
測(cè)量中小管徑流量時(shí),可選用滿管式渦街流量計(jì);測(cè)量大口徑管道流量時(shí),可選用插入式渦街流量計(jì)。
11.實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定的條件優(yōu)越
以上的第1~4條優(yōu)點(diǎn),成為渦街流量計(jì)的干標(biāo)定最有利的條件。
12.采用了多種檢測(cè)技術(shù),充分利用了各種檢測(cè)技
術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
在所有流量計(jì)中,渦街流量計(jì)可采用的檢測(cè)技術(shù)是最多的,熱敏、力敏、超聲、光電、磁電等檢測(cè)技術(shù)幾乎都被采用,這
樣就可以充分發(fā)揮不同檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于不同的流體、不同的工作條件、不同的測(cè)量要求,可選用不同的檢測(cè)技術(shù),這
是其他類型流量計(jì)無法與之相比的。
一、局限性
任何流量計(jì)都不可能十全十美,渦街流量計(jì)也不例外。在充分介紹了它的優(yōu)點(diǎn)之后,我們?cè)賮碚f說它的不足和局限性,
這樣便于我們?cè)谶x用流量計(jì)時(shí),做到揚(yáng)長避短,減少盲目性。
1.對(duì)上游直管段的要求
渦街流量計(jì)是一種典型的速度式流量計(jì),旋渦分離的穩(wěn)定性受發(fā)生體上游流場畸變、旋渦流等影響,所以安裝儀表應(yīng)根
據(jù)上游阻流件的不同形式,配備不同長度的上、下游直管段,或安裝流動(dòng)調(diào)整器,為渦街流量計(jì)提供良好的流場條件,消除
流場對(duì)儀表的不利影響。與其他速度式流量計(jì)(渦輪、電磁、超聲流量計(jì))相比,渦街流量計(jì)對(duì)上游直管段長度要求并不比它們低;
與同屬流體振動(dòng)式流量計(jì)的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)和射流流量計(jì)相比,它對(duì)上游直管段長度的要求還要高一些。
2.下限流量不能太低
渦街流量計(jì)的下限流量受兩個(gè)條件制約:
(1)雷諾數(shù)影響。大多數(shù)渦街流量計(jì)的下限雷諾數(shù)為(1~2)×l04,只有當(dāng)儀表工作在下限雷諾數(shù)以上區(qū)域時(shí),斯特
勞哈爾數(shù)Sr或儀表系數(shù)K)才進(jìn)入平直段,儀表也才進(jìn)入線性工作區(qū)域,否則會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。在粘度高、口徑小的工作
條件下工作的渦街流量計(jì),下限流量不能太低。
(2)檢測(cè)元件靈敏度的限制。旋渦強(qiáng)度越強(qiáng),對(duì)信號(hào)檢測(cè)越有利。而旋渦強(qiáng)度與流速平方成正比的,所以在量程下限的
低速區(qū),旋渦信號(hào)很微弱,能否有效地檢測(cè)出旋渦信號(hào),取決于檢測(cè)元件的靈敏度。
受以上兩方面因素的制約,渦街流量計(jì)的下限流速不能太低。一般情況下,測(cè)量液體流量時(shí),下限流速為0.3~0.5m/s;
測(cè)量氣體時(shí)下限流速為3~5m/s。
3.測(cè)量管道振動(dòng)影響
管道振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)工作造成的影響,表現(xiàn)在兩個(gè)方面:
(1)振動(dòng)對(duì)旋渦穩(wěn)定分離有一定的影響。渦街流量計(jì)是流體振動(dòng)流量計(jì),當(dāng)工作管道振動(dòng)較強(qiáng),且振動(dòng)方向與發(fā)生體相
垂直,振動(dòng)頻率與旋渦頻率相同或相近時(shí),對(duì)旋渦穩(wěn)定分離就會(huì)產(chǎn)生影響。
(2)振動(dòng)對(duì)力敏檢測(cè)元件的影響
采用力敏檢測(cè)元件的渦街流量計(jì),力敏檢測(cè)元件的靈敏度不能太低.,因?yàn)殪`敏度低了不能保證下限流量時(shí)的靈敏度。如
果當(dāng)管道振動(dòng)產(chǎn)生的力,達(dá)到或超過旋渦分離產(chǎn)生的力時(shí),振動(dòng)力對(duì)檢測(cè)元件的正常工作就會(huì)造成干擾。
對(duì)不同類型的檢測(cè)技術(shù),振動(dòng)的影響程度是不同的。采用檢測(cè)流速局部變化方式的渦街流量計(jì)(如熱敏式、超聲式渦街流
量計(jì)),受振動(dòng)影響要小一些。而采用力敏檢測(cè)方式的渦街流量計(jì)受振動(dòng)影響要大一些。其中應(yīng)力式渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)的敏感
性最強(qiáng)。近些年來,各制造廠商對(duì)渦街流量計(jì)的抗振性能都采取了不少有效措施,取得了一定成效。
4.儀表系數(shù)偏低
與其他脈沖輸出型流量計(jì)相比,渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)K較低,且隨儀表測(cè)量管徑D的增大,儀表系數(shù)K近似以直徑比
的3次方速率下降。從表可以看出。表通徑與系數(shù)K的關(guān)系
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┃公稱通徑/mm l 15 ┃ 25 ┃ 40 ┃ 50 ┃ 80 ┃ 100 ┃ 150 ┃ 200 ┃ 250 ┃ 300 ┃
┣━━━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━┫━━━┫
┃儀表系數(shù)K/L--1 376 ┃ 68.6 ┃ 18.7 ┃ 8.95 ┃ 3.33 ┃ 1.43 ┃ 0.441 ┃ 0. 185 ┃ 0.0966 ┃0.0563┃
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由于儀表系數(shù)K隨測(cè)量管徑D的增大,而急劇下降。所以隨著管徑的增大,對(duì)于相同流速,儀表輸出信號(hào)的頻率也大幅
度下降。因此,滿管式渦街流量計(jì)的通徑不宜過大,一般多在300mm以下。
5.應(yīng)用于量程上限時(shí)應(yīng)注意的問題
(1)測(cè)量液體流量,在量程上限時(shí),應(yīng)注意避免出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。特別是測(cè)量靜壓低、高飽和蒸氣壓液體時(shí),尤其應(yīng)注意
防止氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(2)測(cè)量氣體流量,其上限受氣體壓縮性的影響。一般量氣體時(shí),流速應(yīng)小于0.2馬赫數(shù)。
6.不宜測(cè)量混相流和脈動(dòng)流
混相流和脈動(dòng)流對(duì)渦街流量計(jì)的影響,還缺少理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),雖然有些關(guān)于測(cè)量混相流方面的試驗(yàn),但還處于探索階
段,尚未進(jìn)入實(shí)用。
7.歷史較短,理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足
渦街流量計(jì)的歷史較短,還有很多工作有待繼續(xù)深入,不斷探索,不斷充實(shí)。
綜上所述,對(duì)于渦街流量計(jì)來說,產(chǎn)生強(qiáng)烈穩(wěn)定的卡曼渦街是基礎(chǔ)。采用各種檢測(cè)技術(shù),在各種復(fù)雜的工作條件(高溫、腐蝕、振動(dòng)等)下,把微弱的信號(hào)有效地檢測(cè)出來,是擴(kuò)大儀表
應(yīng)用范圍的前提。通過信號(hào)處理電路,從各種噪聲和干擾中把旋渦信號(hào)提取出來,是提高儀表性能的重要環(huán)節(jié)。
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