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8種渦輪流量計類型產品選購簡介


文章日期:2018-01-29|閱讀數:



1、分類:
  渦街流量計可按下述原則分類。
  按傳感器連接方式分為法蘭型和夾裝型。
  按檢測方式分為熱敏式、應力式、電容式、應變式、超聲式、振動體式、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。
  按傳感器與轉換器組成分為一體型和分離型。
  按測量原理分為體積流量計、質量流量計。

2、幾種類型產品簡介:
各類渦街流量計性能比較如表3所示。 
表3 不同檢測方法渦街流量計比較 

名 稱 檢測變化量 檢測技術 口徑/mm 介質溫度/oC 范圍度 雷諾數范圍 簡單程度 牢固程度 靈敏度 耐熱性 耐振性 耐污能力 應用范圍
檢測原理 檢測元件
熱敏式渦街流量計


加熱體冷卻 熱敏元件 25~200 -196~+205 15~30 104~106 × × 清潔、無腐蝕液體、氣體
超聲式渦街流量計 聲束被調制 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

變 化
壓差作用 壓差檢測 膜片/電容 15~300 -200~+400 30 104~106 × 液體、氣體、蒸汽
應力式渦街流量計 壓差檢測 膜片/壓電片 50~200 -18~+205 16 104~106 × × 液體、氣體、蒸汽
振動體式渦街流量計 壓差檢測 圓盤/電磁 50~200 -268~-48 10~30 5×103~106 × × × 極低溫液態氣體
棱球/電磁 -40~+427 高溫蒸汽
光電式渦街流量計 壓差檢測 反射鏡/光電元件 40~80 -10~+50 40 3×103~105 × × × 低壓常溫氣體
應變式渦街流量計 升力作用 應變檢測 應變元件 50~150 -40~120 15 104~3×106 × 液體
應力式渦街流量計 應力檢測 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。 
  以下簡介幾種類型渦街流量計。
 


  ⑴ 應力式渦街流量計

  如圖9所示,應力式渦街流量計應用檢測方式1)~4)(見二、2.),它把檢測元件受到的升力以應力形式作用在壓電晶體元件上,轉換成交變的電荷信號,經電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號。壓電傳感器響應快、信號強、工藝性好、制造成本低、與測量介質不接觸、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬,現場適應性強,可靠性較高,它是目前渦街流量計的主要產品類型。 
圖9 應力式渦街流量計
圖9 應力式渦街流量計
1-表頭組;2-三角柱;3-表體;4-聯軸;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,它對管道振動較敏感,是其主要缺點,幾年來,生產廠家做了大量工作以彌補此缺陷:如對儀表本身結構,檢測位置以及信號處理等采取措施;在管道安裝減震方式下功夫;向用戶提供選點咨詢指導等,已經取得一定的進展,當然如測量對象有較強的振動還是不用為好。

 (2)電容式渦街流量計

  電容式渦街流量計應用檢測方式1)、2),安裝在渦街流量傳感器中的電容檢測元件相當于一個懸臂梁(見圖10)。當旋渦產生時,在兩側形成微小的壓差,使振動體繞支點產生微小變形,從而導致一個電容間隙減少(電容量增大),另一個電容間隙增大(電容量下降),通過差分電路檢測電容差值。當管道有振動時,不管振動是何方向,由振動產生的慣性力同時作用在振動體及電極上,使振動體與電極都在同方向上產生變形,由于設計時保證了振動體與電極的幾何結構與尺寸相匹配,使它們的變形量一致,差動信號為零。這就是電容檢測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的影響,但大大提高了耐振性能。試驗證明,其耐振性能超過1g。電容式另一個優點是可耐高溫達400oC,溫度對電容檢測元件的影響有兩方面:溫度使電容間介電常數發生變化和電極的幾何尺寸隨溫度而變,這些導致電容值發生變化,另一方面由于溫度升高金屬熱電子發射造成電容的漏電流增大。試驗證明,當溫度升高至400oC時無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 電容式檢測元件
圖10 電容式檢測元件 
  ⑶ 熱敏式渦街流量計

  熱敏式渦街流量計采用檢測方式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換為交變電壓信號。這種儀表檢測靈敏度較高,下限流速低,對振動不敏感,可用于清潔、無腐蝕性流體測量。 
圖11 熱敏式渦街流量計
圖11 熱敏式渦街流量計
R11,R12-熱敏電阻 
  ⑷ 超聲式渦街流量計

  超聲式渦街流量計采用檢測方式5),如圖12所示。由圖可見,在管壁上安裝二對超聲探頭T1,R1,T2,R2,探頭T1,T2發射高頻、連續聲信號,聲波橫穿流體傳播。當旋渦通過聲束時,每一對旋轉方向相反的旋渦對聲波產生一個周期的調制作用,受調制聲波被接收探頭R1,R2轉換成電信號,經放大、檢波、整形后得旋渦信號。儀表有較高檢測靈敏度,下限流速較低,但溫度對聲調制有影響,流場變化及液體中含氣泡對測量影響較大,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量。 
圖12 超聲式渦街流量傳感器
圖12 超聲式渦街流量傳感器 
  ⑸ 振動體式渦街流量計

  振動體式渦街流量計采用檢測方式2),如圖13所示。在旋渦發生體軸向開設圓柱形深孔,孔內放置軟磁材料制作的輕質空心小球或圓盤(振動體),旋渦分離產生的差壓推動振動體上下運動,位于振動體上方的電磁傳感器檢測出旋渦頻率。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。 
圖13 振動體式渦街流量計
圖13 振動體式渦街流量計 
  ⑹ 升力式渦街質量流量計

  旋渦分離的同時,旋渦發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-旋渦發生體升力系數。
  以式(5)除以式(1),經整理后可得質量流量qm
              qm=ρU(π/4)D2=πD2Sr/2CLmd×F/f             (6)
  由式(6)可看出,質量流量qm與升力F成正比。圖14為原理框圖。從壓電檢測元件取出旋渦信號,經電荷轉換器后分兩路處理:一路經有源濾波器、施密特整形器和f/V轉換器,獲得與流速成正比的信號;另一路經放大器、濾波器獲得信號幅值與ρU2成正比的信號。這兩路信號經除法器運算,獲得質量流量。 
圖14 升力式渦街質量流量計原理框圖
圖14 升力式渦街質量流量計原理框圖 
  該方法結構簡單,但信號幅值與壓電元件穩定性、放大器穩定性、現場安裝條件、被測介質溫度等多種因素有關,測量度難以提高。

  ⑺ 差壓式渦街質量流量計

  流體通過旋渦發生體,產生旋渦分離和尾流震蕩,部分能量被消耗和轉換,在旋渦發生體前后產生壓力損失
    △p=CDρU2/2                                (7)
式中   CD-渦街流量傳感器阻力系數。
  以式(7)除式(1),經整理后得質量流量qm
            qm=ρU(π/4)D2=(πD2Sr/2mdCD)(△p/f)             (8)
  圖15示為差壓式渦街質量流量計原理框圖,傳感器輸出與體積流量成正比的頻率,差壓單元測出旋渦發生體前后特定位置的差壓△P,經計算單元計算,獲得質量流量qm。選擇阻力特性和流量特性俱佳的旋渦發生體,確定取壓孔位置,建立CD的數學模型是技術關鍵。 
圖15 差壓式渦街質量流量計
圖15 差壓式渦街質量流量計 



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