差压式涡街质量流量计

.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。

六种不同检测方法涡街流量计 VSF

热敏式涡街流量计

1 .热敏式涡街流量计 VSF ,热敏式 VSF 是最早出现的产品。它采用检测方式 ② 、 ③ (见本章第二节四)。旋涡分离引起局部流速变化,改变热敏电阻阻值,以此检测出旋涡信号。高温型、耐腐型、插人型。图 3 . 9 热敏式 VSF图 3 . 9 ( a )所示是一对自热式热敏电阻嵌装在三角柱发生体迎流面的中部,中心线的两边,检测与旋涡同步产生的环流(检测方式 ③ )。图 3 . 9 ( b )所示热敏电阻则嵌装在三角柱发生体后部开设的测量槽内。当旋涡分离时,发生体两侧产生压力差,在交变压差作用下,测量槽中出现方向交替变化的横向流动,使热敏电阻阻值发生周期变化(检测方式 ② )。热敏电阻构成测量电桥的桥臂,用恒流源供电,阻值周期变化被转换成交变电压,从桥路输出,经放大、滤波、整形,输出方波信号。为提高仪表的抗脏污能力和测量高温流体,有的生产厂把热敏电阻移到发生体外部,这样便于对检测元件的定期清洗与降温。这种仪表检测灵敏度较高,下限流速较低,对管道的机械振动不敏感.仪表多用于较清洁、无腐蚀作用的流体。

超声式涡街流量计

2 .超声式涡街流量计 VSF 超声式 VSF 是继热敏式之后,由美国西屋公司首先推出的产品。图 3 . 10 所示是仪表的工作原理图,在旋涡发生体后方,用检测方式 ⑤ 检测涡街信号。早期产品是在发生体下游的管壁上安装一对与发生体轴线方向相垂直的超声波探头 A 、 B ,探头 A 为发射换能器,发射出频率为几十千赫兹到几百千赫兹的等幅连续超声波束。超声波束穿过流体传播,到达对面管壁的接收探头 B 。当旋涡分离并随流体向下游运动并通过超声波束时,每一对旋转方向相反的旋涡对超声波产生一个周期的调制作用 〔 图 3 . 10 ( b )、( c ) 〕 ,受到调制的超声波束其幅值、频率和相位都发生变化,探头 B 接收声信号后,将其转换成电信号。经放大、解调、滤波、整形后变成频率与流量成正比的方波信号。

超声探头 A 、 B 是一对谐振频率相同的换能器。超声发射电路输出连续等幅电信号,激励发射换能器 A 。发射电路由振荡器和功率放大器组成。超声接收电路由具有调谐功能的选频放大器、解调(检波)电路、滤波电路、整形电路组成。工作时,把发射电路的工作频率、接收电路的中心工作频率分别调整到与超声探头的振频率相一致,使仪表的声、电系统处于匹配的工作区域,使其对涡街信号有较高的检测敏度。由于超声系统的工作频率远离各种噪声的频域,从而提高了系统的抗干扰能力。

    早期的超声式涡街流量计 VSF 对被测介质的温度变化比较敏感。另外,测量液体时,液体中所含的微量气泡对测量的影响也很明显。针对这些问题,制造厂推出了双声道 VSF 。两对超声波探头互相垂直交叉安装,两束超声波成 X 形传播。双声路 VsF 对外界的干扰、介质温度变化和液体中的气泡等影响有较强的抗干扰能力。液体超声式 VSF 的超声探头可安装在管壁外面,超声波通过藕合剂穿过管壁,进人被测介质,从而实现了不接触测量。可在不断流情况下进行维修。超声式 VSF 下限雷诺数比其他检测方法 VSF 低些。

应变式涡街流量计

3 .应变式涡街流量计 VSF 应变式 VSF 采用检测方式 ① 和 ⑤ 来检测涡街信号,如图 3 . 11 所示。最早推出应变式 VSF 的是日本的北辰公司。后来美国 F ischer & Porter 公司 开发成功增强型应变式 vsF 。我国在 20 世纪 80 年代初期也开发了该类产品。如图所示,在组合式发生体之间,设置了一个弹性应变梁,应变梁把前后两发生体连接起来。应变检测元件封装在应变梁内,感测涡街信号。当旋涡分离时,在旋涡发生体两侧产生交变压力差。在此压差作用下,发生体的 T 形尾部产生摆动,带动应变梁内的检测元件测出涡街信号。应变式 VSF 的另一种检测方式是采用独立的应变检测元件安装在发生体下游特定位置,用检测方式 ⑤ 进行检测。应变式 VSF 适用于测量液体流量。国外还用这种仪表测量糖浆、饮料和重油的流量。

电容式涡街流量计

4 .电容式涡街流量计 VSF 电容式 VSF 用检测方式 ① 、 ⑧ 工作。最早的产品出现在 20 世纪 70 年代中期。首先由英国肯特公司采用矩形发生体,把发生体两侧表面做成电容器的可动电极,检测旋涡分离时在发生体两边产生的交变压差。后来,日本的东机公司又利用三角柱发生体两侧的斜面作电容器的可动电极,达到了同样的效果。之后,日本东机公司又采用检测方式 ③ ,在发生体两侧开设导压孔,把交变压差引到发生体顶部,电容检测元件放置在测量管外部,如图 3 . 12 所示。 20 世纪 80 年代后期,德国 E + H 公司推出差动开关电容( DSC )式 VSF ,采用检测方式 ③ 工作,如图 3 . 13 所示,将电容检测元件制成圆筒形。该圆筒用薄壁金属管制作,成为差动开关电容的动电极。在薄壁圆筒的里面有一同心的圆柱形陶瓷管,瓷管外表面两侧涂敷两片金属薄膜作固定电极。金属薄壁圆筒和陶瓷管的一端共同固定在基座上,另一端为悬壁式自由端。根据检测方式 ③ ,圆筒形电容检测元件插人三角柱发生体的测量孔中,三角柱发生体两侧的导压孔把交变差压引人,作用到电容检测元件上。金属薄壁圆筒在交变差压作用下产生左右振动,引起动电极和固定电极之间的距离变化改变电容量,并通过差分电路检测电容变化的频率,实现旋涡信号检测。设计时考虑了内外电极的刚度匹配,因此当外界振动作用到电容检测元件时,不管振动方向如何,引起电容元件内外电极变形方向和变形量的大小相同(或相近),从而两电极之间的相对位移近似为零,明显提高了 VSF 的抗振性能。这种仪表的另一特点是耐温性能好,可测 400 ℃ 的高温介质,因此可用于饱和蒸气和部分过热蒸气的流量测量。差动开关电容式 vSF 的局限性是抗脏污能力相对较差,仪表选型时应充分注意.

振动体式涡街流量计

5 .振动体式涡街流量计 VSF 振动体式 VSF 采用检测方式 ② 工作,如图 3 . 14 所示。在发生体轴向开设圆柱形测量孔,孔内放置软磁材料制作的轻质空心小球或圆盘,这两者通称为振动体。旋涡分离产生的交变压差,通过导压孔作用到振动体上方和下方,推动它们上下运动。位于振动体上方的电磁检侧元件检测出振动体上下运动的频率,即为旋涡频率。这种仪表由于振动体的存在,降低了仪表对不同测量介质的适应能力和仪表的可靠性。选用高居里点磁性材料作振动体,可测量温度高达 427 ℃ 的蒸气,还可测极低温( -268 ℃ )的液态气体。

应力式涡街流量计

6 .应力式涡街流量计 VSF是 20 世纪 70 年代末期出现的流量计,采用检测方式 ① 、 ② 、 ④ 、 ⑤ 。无论采用哪种检测方式,都是把检侧元件受到的力以应力形式作用到压电元件上,转换成交变的电荷信号。再经电荷/电压转换、放大、滤波、整形后输出频率与体积流量成正比的方波。图 3 一 15 所示是应式 VSF 的几种不同形式。压电元件有响应快、灵敏度高、信号强、工艺性好等特点。它可以制成圆片、片、圆柱、圆管等多种形状测量元件,制造成本低廉。还可根据不同的检测方式,用不同的压电效应工作模式。图 3 . 15 ( a )、( b )采用薄圆片形压电元件,以纵向振(即 3 方向极化、 3 方向受力)的工作模式,在两电极上产生电荷信号,应取用纵向电常数 d 33 :。图 3 . 15 ( c )、( d )采用长条形薄片或圆管形压电元件,以横向振动的工作模式,在压电元件的两电极上产生电荷信号,应取用横向压电常数 d 31 · 图 3.15(e)也采用圆管形压电元件,但却以扭转振动作用的模式工作,应取用 d 15 压电常数产生电荷信号.图 3 , 15 ( e )所示中,当旋涡分离时,产生不对称的交变压差,使发生体产生扭转振动力。如把压电元件制作成扭力管形式,安装在旋涡发生体的两端,就可检测到交变的扭力。压电检测元件经特殊方式极化,仅对扭力作用灵敏,对管道振动产生的纵向力和横向力都不灵敏,提高了涡街流量计 VSF 的抗振性能。选用高居里点压电元件和耐高温的封装材料、密封材料制作压电检测元件,就可使涡街流量计 VSF 长期工作在 250 ~ 300 ℃ 。其主要用于高温流体如蒸气流量测量。

    应力式涡街流量计 VSF 对管道振动敏感,主要原因是压电元件对振动敏感造成的。另外,由于压电元件工作在非谐振状态,此时压电元件的等效阻抗高达 10 6 ~ 10 7 欧姆,为了有效接收电荷信号,要求仪表的前置放大器(电荷放大器)的输人阻抗也至少达到 10 6 以上才能与压电元件的阻抗相匹配。这么高输人阻抗的放大器就很容易引人各种电磁干扰信号,所以提高仪表的抗电磁干扰的能力也是制造和应用应力式 VSF 应重视的问题。应力式涡街流量计 VSF 是国内外 VSF 的主导产品。我国生产的 VSF 产品中约有 70 % ~ 80% 是应力式涡街流量计。

蒸汽流量计 的一种- 涡街流量计 与密度计结合

    蒸汽流量计 最通常使用的是带温度压力补偿型 涡街流量计 ,但这种组合在介质组分或饱和蒸汽的干度变化以及在较高的工作压力下,气体压缩系数的非线性,精度会降低。因此,为适用这种工况条件,需要一种更高精度的组合。 涡街流量计 与密度计的结合构成了更高精度的质量流量计。

    密度计安装在 涡街流量计 的下游,注意保持涡街流量计的直管段的要求。利用 涡街流量计 测量工作状态下的体积流量q,密度计测量同工作状态下介质的密度,两种信号经流量积算仪相乘处理后,得出介质的质量流量值。

    这种方案,克服了温度压力补偿型 涡街流量计 的缺点,不受介质组分变化和压缩系数的影响。但在线密度计较贵,高温型的密度计价格更贵。因此,这种组合的最大不足就是提高了仪表的造价。

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蒸汽流量计的一种-涡街流量计差压流量计结合

    涡街流量计 差压流量计 或靶式流量计结合可测量介质的质量流量。用 涡街流量计 测量介质的体积流量,差压流量计测量差压值,两种信号经流量积算仪换算,两者相除,可得出质量流量值。

    该方案的具体实施方法是把 涡街流量计 差压流量计 前后串联安装到被测管道上,两台仪表的安装距离应保证仪表正常工作时所需要的最短直管段长度。两台仪表的输出信号分别接到流量积算仪的输入端,经流量计算可获得质量流量。

    这种方案的优点是比较简单,可根据现场的实际情况选择不同的节流件。 涡街流量计 和差压流量计都是比较成熟的仪表,用户如需要,自己可以进行组合,这种方案适用于各种介质,对液体 气体 蒸汽的测量都可以采用。

    这种方法的缺点是:由于差压流量计的量程范围相对较窄(3:1 4:1),从而影响组合式流量计的范围度;两种 流量计 对上游直管段的要求都比较严格,所以对被测管道的直管段要求较长。

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