8種渦輪流量計(jì)類型產(chǎn)品選購(gòu)簡(jiǎn)介
1、分類:
渦街流量計(jì)可按下述原則分類。
按傳感器連接方式分為法蘭型和夾裝型。
按檢測(cè)方式分為熱敏式、應(yīng)力式、電容式、應(yīng)變式、超聲式、振動(dòng)體式、光電式和光纖式等。
按用途分為普通型、防爆型、高溫型、耐腐型、低溫型、插入式和汽車專用型等。
按傳感器與轉(zhuǎn)換器組成分為一體型和分離型。
按測(cè)量原理分為體積流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)。
2、幾種類型產(chǎn)品簡(jiǎn)介:
各類渦街流量計(jì)性能比較如表3所示。
表3 不同檢測(cè)方法渦街流量計(jì)比較
名 稱 | 檢測(cè)變化量 | 檢測(cè)技術(shù) | 口徑/mm | 介質(zhì)溫度/oC | 范圍度 | 雷諾數(shù)范圍 | 簡(jiǎn)單程度 | 牢固程度 | 靈敏度 | 耐熱性 | 耐振性 | 耐污能力 | 應(yīng)用范圍 | ||
檢測(cè)原理 | 檢測(cè)元件 | ||||||||||||||
熱敏式渦街流量計(jì) |
流 速 變 化 |
加熱體冷卻 | 熱敏元件 | 25~200 | -196~+205 | 15~30 | 104~106 | △ | √ | √ | × | √ | × | 清潔、無(wú)腐蝕液體、氣體 | |
超聲式渦街流量計(jì) | 聲束被調(diào)制 | 超聲換能器 | 25~150 | -15~+175 | 30 | 3×103~106 | × | △ | √ | △ | √ | √ | 小口徑液體、氣體 | ||
電容式渦街流量計(jì) |
壓 力 變 化 |
壓差作用 | 壓差檢測(cè) | 膜片/電容 | 15~300 | -200~+400 | 30 | 104~106 | × | △ | √ | √ | △ | △ | 液體、氣體、蒸汽 |
應(yīng)力式渦街流量計(jì) | 壓差檢測(cè) | 膜片/壓電片 | 50~200 | -18~+205 | 16 | 104~106 | × | △ | √ | √ | × | √ | 液體、氣體、蒸汽 | ||
振動(dòng)體式渦街流量計(jì) | 壓差檢測(cè) | 圓盤/電磁 | 50~200 | -268~-48 | 10~30 | 5×103~106 | √ | × | △ | √ | × | × | 極低溫液態(tài)氣體 | ||
棱球/電磁 | -40~+427 | 高溫蒸汽 | |||||||||||||
光電式渦街流量計(jì) | 壓差檢測(cè) | 反射鏡/光電元件 | 40~80 | -10~+50 | 40 | 3×103~105 | √ | △ | √ | × | × | × | 低壓常溫氣體 | ||
應(yīng)變式渦街流量計(jì) | 升力作用 | 應(yīng)變檢測(cè) | 應(yīng)變?cè)?/td> | 50~150 | -40~120 | 15 | 104~3×106 | △ | √ | × | △ | △ | √ | 液體 | |
應(yīng)力式渦街流量計(jì) | 應(yīng)力檢測(cè) | 壓電元件 | 15~300 | -40~+400 | 10~20 | 104~7×106 | √ | √ | √ | √ | × | √ | 液體、氣體、蒸汽 |
注∶√-較好、△-一般、×-差。
以下簡(jiǎn)介幾種類型渦街流量計(jì)。
?、?nbsp;應(yīng)力式渦街流量計(jì)
如圖9所示,應(yīng)力式渦街流量計(jì)應(yīng)用檢測(cè)方式1)~4)(見(jiàn)二、2.),它把檢測(cè)元件受到的升力以應(yīng)力形式作用在壓電晶體元件上,轉(zhuǎn)換成交變的電荷信號(hào),經(jīng)電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號(hào)。壓電傳感器響應(yīng)快、信號(hào)強(qiáng)、工藝性好、制造成本低、與測(cè)量介質(zhì)不接觸、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬,現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng),可靠性較高,它是目前渦街流量計(jì)的主要產(chǎn)品類型。
圖9 應(yīng)力式渦街流量計(jì)
1-表頭組;2-三角柱;3-表體;4-聯(lián)軸;5-壓板;6-探頭;7-密封墊;8-接頭;
9-密封墊圈;10-螺栓;11-銷;12-銘牌;13-圓螺母;14-支架;15-螺栓
但是,它對(duì)管道振動(dòng)較敏感,是其主要缺點(diǎn),幾年來(lái),生產(chǎn)廠家做了大量工作以彌補(bǔ)此缺陷:如對(duì)儀表本身結(jié)構(gòu),檢測(cè)位置以及信號(hào)處理等采取措施;在管道安裝減震方式下功夫;向用戶提供選點(diǎn)咨詢指導(dǎo)等,已經(jīng)取得一定的進(jìn)展,當(dāng)然如測(cè)量對(duì)象有較強(qiáng)的振動(dòng)還是不用為好。
?。?)電容式渦街流量計(jì)
電容式渦街流量計(jì)應(yīng)用檢測(cè)方式1)、2),安裝在渦街流量傳感器中的電容檢測(cè)元件相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁(見(jiàn)圖10)。當(dāng)旋渦產(chǎn)生時(shí),在兩側(cè)形成微小的壓差,使振動(dòng)體繞支點(diǎn)產(chǎn)生微小變形,從而導(dǎo)致一個(gè)電容間隙減少(電容量增大),另一個(gè)電容間隙增大(電容量下降),通過(guò)差分電路檢測(cè)電容差值。當(dāng)管道有振動(dòng)時(shí),不管振動(dòng)是何方向,由振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力同時(shí)作用在振動(dòng)體及電極上,使振動(dòng)體與電極都在同方向上產(chǎn)生變形,由于設(shè)計(jì)時(shí)保證了振動(dòng)體與電極的幾何結(jié)構(gòu)與尺寸相匹配,使它們的變形量一致,差動(dòng)信號(hào)為零。這就是電容檢測(cè)元件耐振性能好的原因。雖然由于制造工藝的誤差,不可能完全消除振動(dòng)的影響,但大大提高了耐振性能。試驗(yàn)證明,其耐振性能超過(guò)1g。電容式另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可耐高溫達(dá)400oC,溫度對(duì)電容檢測(cè)元件的影響有兩方面:溫度使電容間介電常數(shù)發(fā)生變化和電極的幾何尺寸隨溫度而變,這些導(dǎo)致電容值發(fā)生變化,另一方面由于溫度升高金屬熱電子發(fā)射造成電容的漏電流增大。試驗(yàn)證明,當(dāng)溫度升高至400oC時(shí)無(wú)論電容值變化或漏電流增大都未影響儀表的基本性能。
圖10 電容式檢測(cè)元件
?、?nbsp;熱敏式渦街流量計(jì)
熱敏式渦街流量計(jì)采用檢測(cè)方式2)、3),如圖11所示。旋渦分離引起局部流速變化,改變熱敏電阻阻值,恒流電路把橋路電阻變化轉(zhuǎn)換為交變電壓信號(hào)。這種儀表檢測(cè)靈敏度較高,下限流速低,對(duì)振動(dòng)不敏感,可用于清潔、無(wú)腐蝕性流體測(cè)量。
圖11 熱敏式渦街流量計(jì)
R11,R12-熱敏電阻
⑷ 超聲式渦街流量計(jì)
超聲式渦街流量計(jì)采用檢測(cè)方式5),如圖12所示。由圖可見(jiàn),在管壁上安裝二對(duì)超聲探頭T1,R1,T2,R2,探頭T1,T2發(fā)射高頻、連續(xù)聲信號(hào),聲波橫穿流體傳播。當(dāng)旋渦通過(guò)聲束時(shí),每一對(duì)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦對(duì)聲波產(chǎn)生一個(gè)周期的調(diào)制作用,受調(diào)制聲波被接收探頭R1,R2轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)放大、檢波、整形后得旋渦信號(hào)。儀表有較高檢測(cè)靈敏度,下限流速較低,但溫度對(duì)聲調(diào)制有影響,流場(chǎng)變化及液體中含氣泡對(duì)測(cè)量影響較大,故儀表適用于溫度變化小的氣體和含氣量微小的液體流量測(cè)量。
圖12 超聲式渦街流量傳感器
?、?nbsp;振動(dòng)體式渦街流量計(jì)
振動(dòng)體式渦街流量計(jì)采用檢測(cè)方式2),如圖13所示。在旋渦發(fā)生體軸向開(kāi)設(shè)圓柱形深孔,孔內(nèi)放置軟磁材料制作的輕質(zhì)空心小球或圓盤(振動(dòng)體),旋渦分離產(chǎn)生的差壓推動(dòng)振動(dòng)體上下運(yùn)動(dòng),位于振動(dòng)體上方的電磁傳感器檢測(cè)出旋渦頻率。它只適用于清潔度較高的流體(如蒸汽),可用于極高溫(427oC)及極低溫(-268oC),這是其特點(diǎn)。
圖13 振動(dòng)體式渦街流量計(jì)
?、?nbsp;升力式渦街質(zhì)量流量計(jì)
旋渦分離的同時(shí),旋渦發(fā)生體受到流體作用的升力,升力F的大小為
F=CLρU2/2 (5)
式中 CL-旋渦發(fā)生體升力系數(shù)。
以式(5)除以式(1),經(jīng)整理后可得質(zhì)量流量qm
qm=ρU(π/4)D2=πD2Sr/2CLmd×F/f (6)
由式(6)可看出,質(zhì)量流量qm與升力F成正比。圖14為原理框圖。從壓電檢測(cè)元件取出旋渦信號(hào),經(jīng)電荷轉(zhuǎn)換器后分兩路處理:一路經(jīng)有源濾波器、施密特整形器和f/V轉(zhuǎn)換器,獲得與流速成正比的信號(hào);另一路經(jīng)放大器、濾波器獲得信號(hào)幅值與ρU2成正比的信號(hào)。這兩路信號(hào)經(jīng)除法器運(yùn)算,獲得質(zhì)量流量。
圖14 升力式渦街質(zhì)量流量計(jì)原理框圖
該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但信號(hào)幅值與壓電元件穩(wěn)定性、放大器穩(wěn)定性、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、被測(cè)介質(zhì)溫度等多種因素有關(guān),測(cè)量度難以提高。
?、?nbsp;差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)
流體通過(guò)旋渦發(fā)生體,產(chǎn)生旋渦分離和尾流震蕩,部分能量被消耗和轉(zhuǎn)換,在旋渦發(fā)生體前后產(chǎn)生壓力損失
△p=CDρU2/2 (7)
式中 CD-渦街流量傳感器阻力系數(shù)。
以式(7)除式(1),經(jīng)整理后得質(zhì)量流量qm
qm=ρU(π/4)D2=(πD2Sr/2mdCD)(△p/f) ?。?)
圖15示為差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)原理框圖,傳感器輸出與體積流量成正比的頻率,差壓?jiǎn)卧獪y(cè)出旋渦發(fā)生體前后特定位置的差壓△P,經(jīng)計(jì)算單元計(jì)算,獲得質(zhì)量流量qm。選擇阻力特性和流量特性俱佳的旋渦發(fā)生體,確定取壓孔位置,建立CD的數(shù)學(xué)模型是技術(shù)關(guān)鍵。
圖15 差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)
渦輪流量計(jì)產(chǎn)品分類: