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渦街信號的檢測方式和要求
關鍵字:流量計,渦街流量計    日期:2012-8-6 9:26:21

一、渦街信號的檢測方式
    盡管已商品化的渦街流量計產(chǎn)品,采用了多種檢測技術,但檢測原理都是以上述五種現(xiàn)象為基礎。其檢測方式大致可歸
納為五種[3]。
    1.發(fā)生體內(nèi)設置檢測元件,直接檢測壓力脈動的方式(以下簡稱方式一)
    旋渦分離引起發(fā)生體兩側(cè)壓力脈動,這種脈動壓力以升力的形式作用到發(fā)生體上。在發(fā)生體內(nèi)裝設的電容式、壓阻式、
應力式、應變式等力敏檢測元件就可檢測出壓力脈動的頻率和幅值。
    這種檢測結(jié)構堅固,適用于工業(yè)測量。但從式(4 - 15)和式(5 -1)可看出,作用力與速度平方成正比。如果渦街流量計的
范圍度為10:1,即流速變化10倍,則力的變化為100倍,這樣在檢測靈敏度與流量的范圍度之間就存在矛盾,即用于高流速、
強交變力作用的檢測元件,在低流速時其靈敏度是否能滿足使用要求,這是應該關注的問題。
    2.發(fā)生體上開設測量孔和導壓孔,檢測發(fā)生體兩側(cè)壓差的方式(以下簡稱方式二)
    這種檢測方式又有兩種實施方法:
    (1)在發(fā)生體的軸向'打 一個有一定深度并可容納檢測元件的測量孔。在測量孔底部的位置從發(fā)生體的兩側(cè)再打兩個導壓
孔,導壓孔與測量孑L垂直相通,把發(fā)生體兩側(cè)的交變差壓導人測量孔,作用到檢測元件上。見圖(a)o
    (2)在發(fā)生體兩側(cè)開導壓孔,并把交變差壓直接引出測量管外,進行信號測量。如圖(b)和(c)所示。
    采用導壓孑L把交變差壓信號引入測量孔的方式,有利于提高檢測信號的信噪比,測量管內(nèi)的流動噪聲通過導壓孑L的“過
濾”,被有效衰減。特別是圖(b)交變差壓信號引到流管外,不僅減小了噪聲影響,也給信號檢測創(chuàng)造了良好的條件。

如果測量的是高溫流體,通過引壓管的冷卻作用,降低了溫度,有效地減小了高溫對檢測元件的損害作用。
    
    3.檢測發(fā)生體周圍交變環(huán)流的方式(以下簡稱方式三)
    隨旋渦交替分離而產(chǎn)生的交變環(huán)流,改變了發(fā)生體周圍的局部流速。采用測量元件,例如用熱敏元件的阻值變化或超聲
波束被調(diào)制的效應,測量旋渦的頻率都是行之有效的方法。這種檢測方式有較高的靈敏度,適用于測量范圍較寬的流體,特
別是低壓氣體的流量測量。
    4.檢測發(fā)生體背面交變差壓的方式(以下簡稱方式四)
    在發(fā)生體背面選擇交變差壓信號較強烈、噪聲較小的測量位置安裝熱敏、應力、應變、超聲等檢測元件,測量渦街信號。
既可獲得信噪比較高的信號,又可避開流體中臟物對檢測元件的損害和附著,提高了檢測元件的壽命。
    5.檢測振蕩尾流中的旋渦列的方式(以下簡稱方式五)
    檢測元件安裝在發(fā)生體的下游,檢測振蕩尾流中的旋渦頻率,也是應用較多的檢測方式。已商品化的渦街流量計產(chǎn)品中,
應用超聲、應力、應變、熱敏、磁電等檢測元件的產(chǎn)品為數(shù)不少。這種檢測方式結(jié)構簡單,較容易實現(xiàn)。發(fā)生體和檢測元件
相互獨立,維護方便。檢測元件位于發(fā)生體的下游,由于前面的發(fā)生體的保護作用,而不易直接受到流體中夾雜的固體的沖
擊與傷害。這種檢測方式的缺點是振蕩尾流中的噪聲成分比較復雜,有許多影響主旋渦穩(wěn)定的子旋渦、流體流動噪聲、低頻
擺動等干擾信號。要有效地檢測主旋渦信號,合理選擇檢測元件的位置、尺寸、插入深度等參數(shù)至關重要。對渦街信號檢測元件的要求
    1.渦街信號的特點
    渦街流量計測量的主變量是旋渦的頻率,只有當流體流動的雷諾數(shù)超過一定值以后,才能形成穩(wěn)定的卡曼渦街,交替分
離的旋渦才是所要檢測的信號。因此不管用哪種檢測方式和哪種檢測技術,都是進行動態(tài)檢測。
    不同測量管徑,不同幾何參數(shù)的發(fā)生體,不同的流體和不同的流量范圍,旋渦的頻率是不同的。以三角柱發(fā)生體為例,
它的斯特勞哈爾數(shù)為0.16,β=0.28,如果所測量液體的最低流速為0.3m/s。測量氣體的最高流速為50m/s。再假設渦街流量
計的管徑為15~ 300mm。那么,如用300mm口徑渦街流量計測量液體,在最低流速0.3m/s時,用式(3-4)就可以計算出旋渦
的頻率為0.89Hz。如用口徑15mm渦街流量計,測量氣體流量,最高流速時旋渦的頻率則為2960Hz。由此可見,渦街信號的頻
率范圍還是比較寬的。
    旋渦信號值值變化很大。由上述可知,旋渦信號幅值與流速平方成正比,對于一臺范圍度為10:1的渦街流量計來說,信
號幅值的大小為100:1。如果范圍度為30:1,則信號幅值大小為900:1。
   渦街流量計安裝在工業(yè)管路系統(tǒng)中,由于上游阻力件(閥門、彎管、T型支管)、動力設備(風機、水泵、空壓機)、流體
中的攜帶物(固體顆粒、氣泡等)的影響和旋渦分離過程中產(chǎn)生的子旋渦的干擾,使渦街信號的成分變得很復雜。

2.對檢測元件的要求
    根據(jù)渦街信號的特點及渦街流量計測量對象的多樣性,在設計、制造檢測元件時,應考慮以下幾方面的要求:
    (1)有較寬的動態(tài)工作范圍和較快的響應速度;
    (2)既要有較高的檢測靈敏度,滿足低密度、低流速、低雷諾數(shù)狀態(tài)下微弱信號的檢測,又要有較強的抗過載的能力,
能承受高靜壓、高流速下的過載與流體沖擊;
    (3)檢測元件的穩(wěn)定性要好,能長期連續(xù)工作,在儀表的壽命期限內(nèi)性能保持基本不變,滿足測量要求;
    (4)能滿足渦街流量計測量介質(zhì)的多樣性要求,既可測量液體,也可測量氣體和蒸汽;
    (5)能適應多變的測量環(huán)境(高溫、低溫、高濕、腐蝕、強振動、強電磁干擾);
    (6)復現(xiàn)性和互換性好;
    (7)體積小,形狀可塑性好,能配合旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸,安裝在旋渦信號最強而噪聲又小的位置,不會因為安裝
了檢測元件,而影響旋渦的穩(wěn)定性,更不會對渦街流量計的流量特性造成影響;
    (8)便于安裝與拆卸,最好可在不斷流的情況下更換;
    (9)造價合理,適合批量生產(chǎn)要求。

 

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