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常用的涡街流量计五种测量方法

时间:2018/06/14来源:未知

热敏式测量方法:采用对流速敏感的热敏电阻来检测旋祸的频率。热敏电阻是祸街流量计出现以来最早使用的检测元件。热敏式电阻置于祸街发生体底部或适当部位,当旋祸分离引起局部流速脉动,作用在热敏电阻上,使其电阻值发生变化,通过电子线路进行放大、滤波、整形后输出祸街脉冲信号,得到体积流量值。热式测量方法的信号处理电路如图所示。
图热敏式泥街流量计处理电路框图


图热敏式泥街流量计处理电路框图
  热敏式祸街流量测量方法灵敏度高,下限流速较低,对管道振动不敏感,但是工作温度上限不高,当检测元件被流体沾污后,检测灵敏度会降低,甚至造成无信号输出。另外,热敏电阻存在热滞后,且频率响应范围小。虽然信号处理电路相对简单,但由于存在上述缺点,目前很少使用。

电容式测量方法:

  在祸街流量传感器中安装电容检测元件,当产生旋祸时,在两侧形成微小的压差,使振动体绕支点产生微小变形,从而导致一个电容间隙减少(电容量增大),另一个电容间隙增大(电容量下降,通过差分电路检测电容差值。当管道有振动时,不管振动是何方向,由振动产生的惯性力同时作用在振动体及电极上,使振动体与电极都在同方向上产生变形,由于设计时保证了振动体与电极的几何结构与尺寸相匹配,使它们的变形量一致,差动信号为零。
  虽然由于制造工艺的误差,不可能完全消除振动的影响,但还是大大提高了耐振性能。另外,电容式祸街流量计可耐高达摄氏度的温度。温度对电容检测元件的影响有两方面,一方面温度使电容间介电常数发生变化和电极的几何尺寸变化,这些导致电容值发生变化,另一方面,由于温度升高金属热电子发射造成电容的漏电流增大。试验证明,当温度升高至摄氏度时,无论电容值变化或漏电流增大都不会影响仪表的基本性能。近年来,电容式祸街流量计得到了迅速的发展,在测量范围、工作温度范围和抗振动性能方面都有了明显的改进。但但电容式祸街流量计抗腐烛性和抗污能力较差,对于腐烛性或有污坂的流体的测量方面受到限制。

应变片测量方法:
  应变片测量方法是利用电阻应变片受到振动时电阻发生周期性变化的原理对旋祸分离频率进行检测的。将电阻应变片安装在旋祸发生体上容易发生振荡的部位,则旋祸分离产生的周期性振荡使应变片也随之振动,两者振动的频率一致,应变片的周期性振动使其阻值也发生周期性变化,通过信号处理电路输出电信号,便可测得旋祸的振动频率。
  应变片测量方法的测量精度高、测量范围较广,且有很好的频率响应特性,但是其输出的信号微弱,抗干扰能力也较差,且不能用于过高温度场合下的测量。

超声波测量方法:
  超声波测量方法是将传感器安装在祸街形成范围内测量管道的管壁上来进行测量的,可以对气体、液体流量进行测量。
图超声波测量方法原理图

图超声波测量方法原理图
  超声波测量方法原理如图所示。在祸街发生体下游管道上的相对位置分别安装超声波发生器和接收器,其可以安装在管道内壁上,以便与流体接触,增强其传输性能,也可以安装在管道外壁上,实现不接触测量,方便在不断流情况下对传感器也可以方便地进行维修,安装时要保证信号传播方向与流体的流动方向垂直。根据测量流体的不同,超声波发生器发出频率相等且连续的超声波信号,穿过流体,接收器接收到发生器的信号,经内部的调制解调器处理带有旋祸分离频率的信号,接收器再将其转换成电信号,再一次经过放大、滤波、整形、转换等方式进行信号处理,最后得到旋祸的频率信号。
  超声波测量方法使用的超声波频率较高,远远大于各种外界噪声的频率,所以有较强的抗噪声干扰能力,且其测量灵敏度较高,下限流速较低。但是超声波在传播过程中对被测流体的温度变化比较敏感,且当被测流体为液体时,液体中的气泡也会对测量产生较大的影响。

机械式测量方法:
  机械式测量方法是将传感器安装在祸街发生体上实现对祸街频率的测量。在发生体上开有通孔,在通孔内放置软磁材料制作的球珠,这种球珠材质较轻,当旋祸分离时会产生周期性的压差,将会通过导压孔作用于通孔内的球珠,使球珠作旋摆运动,振动的频率与祸街发生分离的频率相等。用安装在振动体上的电容传感器或者电感传感器检测到检测出振动体上下运动的频率,即为旋祸分离的频率。
  基于机械式测量方法制作的仪表采用的材料可测量流体的温度范围广,可用于测量极低温的液态气体及温度很高的蒸汽。但这种仪表的可靠性较低,同时对不同介质流体的适应能力较低。

应力式测量方法:
    应力式测量方法是将传感器安装在涡街发生体上进行测量的。将压电元件安装于涡街发生体内部,由旋涡分离产生交替变化的推力作用在涡街发生体上。推力为:
   式中,为交替推力的最大值;    为无量纲系数;    U为流体的速度;    为管道内流体密度;    D为管道的内径;    d为旋涡发生体迎流面宽度。    涡街发生体受到的力以应力的形式作用于压电元件,通过压电元件将应力信号转换为电信号。
   压电元件上产生的平均压力、电荷量为: 在式中,K为常数,与旋涡发生体的形状决定;    为常数,由压电元件决定;      S为压电元件面积。    该电信号经过信号处理电路进行放大、滤波、整形等后,得到涡街发生频率。    基于应变力测量方法制成的仪表可靠性高、可用于较宽温度范围内的流体流量测量,但是由于压电元件对振动非常敏感,所以该类仪表对管道的振动比较敏感。

本章小结:
   本章主要分别从以下几个方面对涡街流量计做了简单的介绍:一、介绍了流体的流动特性,这是制作涡街流量计的基本依据;二、对涡街流量计进行流量测量的基本原理进行介绍;三、介绍了涡街流量计的基本组成结构,并对每部分结构进行了介绍;第四,分别对现在常用的涡街流量计的测量方法—热敏式测量方法、电容式测量方法、应变片测量方法、超声波测量方法、应变力式测量方法、机械式测量方法的原理及其各自的特点、应用于流体流量测量方面的不足之处进行了介绍。

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