升力式涡街质量流量计

1 .优点 涡街流量计 VSF 具有流体振动流量计的共同优点,另外还有以下几方面优点。

① 压力损失较小、,仅为孔板流量计的一半。

② 安装方式灵活,可以水平、垂直、倾斜安装。

③ 结构形式多样,可以做成满管式,也可以做成插人式,测量大管径流量。插人式 VSF 是重要的插人式流量计之一。

④ 可根据不同的测量介质和测量现场,选择最合适的检测方法。

2 .局限性世界上没有万能的流量计。尽管 涡街流量计VSF 有许多优点,但它也有明显的不足与局限性。

① 它是一种典型的速度式流量计。涡街的稳定性受流场畸变和旋转流影响。安装时要根据仪表上游阻流件不同形式,配备足够长的上、下游直管段,或者安装流动调整器,消除流场的影响。不少专家认为 VSF 对上游直管段长度要求不会比节流装置低。

② 不适用于低雷诺数流量测量。大多数 VSF 在雷诺数 Re d ≥ 2 × 10 4 时,流量特性才进人线性区域,故在粘度高、流速低、口径小的场合应用会受到限制

③ 采用力敏检测元件(如应力式、应变式、电容式等)的 VSF 对机械振动较敏感,特别是当管道振动频率与旋涡频率相近,且振动方向与检测元件接受力的方向一致时,对测量的影响就会特别严重,甚至使 VSF 不能正常工作。尽管各制造厂对 VSF 的抗振性能想出不少办法,但选用时仍应特别慎重。

④ 与其他脉冲输出型流量计相比, VSF 的仪表系数 K 较低,且随仪表通径增大,仪表系数以直径比 3 次方的速率下降,仪表的分辨率也急剧降低。所以.满管式 VSF 不适合制作成大口径流量计,通常仪表公称通径小于 DN300 。

⑤ 旋涡分离时,在发生体后方局部压力会明显下降。测量液体流量时,如果管道压力降到流体的饱和蒸气压以下时,就会发生汽蚀现象,致使 VSF 不能正常工作。在低压力、高流速状态或测量易挥发介质时,应核算流体的背压。

⑥ 测量气体流量时,流量上限受气体压缩性的限制;流量下限受 K 系数非线性和检测元件的灵敏度的限制。

⑦ 混相流、脉动流对 VSF 工作的影响还缺少理论和实践经验,一般不宜选用。

⑧ 历史较短,理论基础和实践经验都不足。以上的局限性.提醒使用者注意仪表的选型,以确保 VSF 的应用合理,提高计量水平。

分类 VSF 分类有不同的方法。

    按仪表与被测管道连接方式不同,可分为法兰型、法兰卡装型。按用途不同,可分为防爆型、普通型、按结构分为一体型、远传型。按测量原理分为体积流量、质量流量。按功能分为常规型、智能型。按检测方法分为热敏式、超声式、电容式、应力式、应变式、振动体式、光电式、光纤式、电磁式。从目前的习惯,大多数生产厂和用户都以检测方法来分类,这样能直接区分仪表的特点和用途。

    压缩性流体体积流量是一个不确定的量,只有确定了被测流体的状态(压力和温度),体积流量才具有可比性。 VSF 是一种典型的速度式流量计,它所测量的是工作状态下的体积流量。对于气体或蒸气,由于工作状态变化,其密度也随之变化。如果不进行压力、温度测量和补偿、就会引起很大的测量误差。质量流量是一个确定的量,一定的质量流量都有一定的介质密度相对应。测量质量流量不需进行压力、温度补偿。用 VSF 测量质量流量曾引起仪表设计者的兴趣。 20 世纪 80 年代以来,国内外相继投人质量型 VSF 的研究开发,并推出一些新成果。 下面介绍两种质量型 VSF ,这两种仪表都应用了旋涡分离时表现出的力学现象,实现测量质量流量。

    1 .升力式涡街质量流量计 对于常规型 vsF ,通常都只注重旋涡频率 f 的测量,即把检测元件输出的原始旋涡信号断放大、滤波、整形,获得频率 f 与流速成正比的方波,实现体积流量测量。这种做法忽略了旋涡信号中所包含的另一种信息,即旋涡信号幅值(或有效值)所包含的信息。实际上旋砚信号的大小不仅与流速二有关,还与流体的密度 P 有紧密的关系。换言之,旋涡信号包含两种信息:一种是代表流速 v 的信息,特征量是旋涡频率了;另一种是代表质量速度 Pv 的信息特征量是旋涡信号的幅值。充分利用这两种信息,就能实现质量流量测量。

涡街流量计

    图 3 . 21 所示是升力式涡街质量流量计的原理框图.检测元件输出信号,经前置放大器初步放大后,分两路进行处理。一路信号经滤波放大(但不能限幅),滤除噪声后,由峰值检测或有效值检测,送到运算电路;一路信号如同常规涡街流量计一样 放大、滤波、整形,获得频率为 f 的方波信号,送到运算单元的另一输入端。升力式涡街质量流量计结构简单,两路信号经运算单元运算就得到质量流量。检测元件输出信号提供了两种用途,而不再需要其他检测元件,大大简化了信号检测机构。两路信号中,旋涡频率检测相对容易,精确度也较高。测,难度就大多了,因为信号幅值受多种因素影响。例如,性、现场安装条件(上游阻流件、直管段长度)、现场环境而旋涡信号幅值 〔 或有效值)检检测元件和前置放大器的稳定(管道振动、电磁干扰)情况、介质温度变化等,都会使检测信号幅度不稳定,而要克服这些不利因素的影响,工作量是很大的。因此,这种方法测量精确度很难提高。日本横河最早提出这种流量计的设想,并投人开发。 1994 年在 《 计测技术 》 刊登了该仪表的报道,在范围度为 10 : 1 时,测量误差达到士 2 % (量程)。

2:差压式涡街质量流量计

    被测流体流经发生体,产生旋涡分离,部分动能被转换和消耗,产生了压力损失 △ p , 见式( 3 · 17 )。用式( 3 · 17 )除以式( 3 · 4 ) ,经整理可得质量速度 Pv 为

涡街流量计

     由式( 3 . 23 )可看出,质量流量 q m 与压力损失 △ p 成正比,与旋涡频率 f 成反比.这就是差压式质量流量计的基本公式。要测量质量流量需要测量旋涡频率 f 和发生体产生的差压 △ p 。图 3 . 22 所示是这种仪表的原理框图。

差压式质量流量计

    差压信号是发生体上、下游特定位置的两个取压孔间的压力差。两取压孔的轴线应与发生体的轴线处在同一平面内。取压孔的距离对差压值的大小和稳定性有明显影响。距离近,差压信号大,但稳定性差;距离远,则反之。通过试验,选择合适的取压孔位置是很重要的。和升力式涡街质量流量计相比,这种仪表更简单,更容易实现。重庆工业自动化仪表研究所于 20 世纪 90 年代就此投人开发,并取得发明专利,产品已在部分企业应用。

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