7.5涡街流量计课案.ppt

;一、流量计 概 述;流体振动流量计具有以下一些特点：;1.1 涡街流量计简介; 早在1878年斯特劳哈尔（Strouhal）就发表了关于流体振动频率与流速关系的文章，斯特劳哈尔数就是表示旋涡频率与阻流体特征尺寸，流速关系的相似准则。人们早期对涡街的研究主要是防灾的目的，如锅炉及换热器钢管固有频率与流体涡街频率合拍将产生共振而破坏设备。 涡街流体振动现象用于测量研究始于20世纪50年代，如风速计和船速计等。60年代末开始研制封闭管道流量计--涡街流量计，诞生了热丝检测法及热敏检测法VSF。 70、80年代涡街流量计发展异常迅速，开发出众多类型阻流体及检测法的涡街流量计，并大量生产投放市场，像这样在短短几年时间内就达到从实验室样机到批量生产过程的流量计还绝无仅有。; 我国VSF的生产亦有飞速发展，全国生产厂达数十家，这种生产热潮国外亦未曾有过。应该看到，VSF尚属发展中的流量计，无论其理论基础或实践经验尚较差。至今最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论，而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞（均匀流场）中实验得出的，它与封闭管道中具有三维不均匀流场其旋涡分离的规律是不一样的。至于实践经验更是需要通过长期应用才能积累。 一般流量计出厂校验是在实验室参考条件下进行的，在现场偏离这些条件不可避免。工作条件的偏离到底会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确。这些都说明流量计的迅速发展需求基础研究工作必须跟上，否则在实用中经常会出现一些预料不到的问题，这就是用户对VSF存在一些疑虑的原因，它亟需探索解决。;二、工作原理与结构;卡曼涡街 ;根据卡曼涡街原理，有如下关系式;斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图1所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。; 流体流经柱体时，速度上升，压力下降（节流），在圆柱体后速度下降，压力上升。当ReD60时，附面层分离，产生旋向相反，且交替出现的旋涡，当涡街宽度h/相邻旋涡间距l =0.2806时，涡街达到稳定。由图1可见，在ReD=2×104～7×106??围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。;2.3 涡街结构;2.3.1旋涡发生体;已经开发出形状繁多的旋涡发生体，它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，如图4所示。 单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱，其他形状皆为这些基本形的变形。 三角柱形旋涡发生体是应用最广泛的一种，如图3所示。图中D为仪表口径。 为提高涡街强度和稳定性，可采用多旋涡发生体，不过它的应用并不普遍。;图4 单旋涡发生体和多旋涡发生体;2.3.2检测元件;旋涡发生体和检测方式一览表;旋涡频率检测方法，大致分为两类： 一类是检测旋涡发生时流速变化，采用的元件有热丝、热敏电阻、超声波探头等； 另一类是检测旋涡发生时压力变化，采用的检测元件有压电元件、应变元件、膜片+压电、膜片+电容等。 热敏检测元件灵敏度高，适用于较低温度（小于200度）和较低密度的气体测量。但因热敏电阻用玻璃封装，较脆弱，故易受污物、有害物质等影响。 压电元件耐脏，应用较广。但抗震性较差、信噪比较低，如测低密度、低流速气体，环境振动较大就不宜选用。在常温下，压电陶瓷是绝缘的，阻抗为10~100兆欧。如300度高温，阻抗会降到1兆欧，输出信号变小，导致系统低频性恶化，不利于测量。　;检测元件检测方法举例： 圆柱发声体检出部分的轴向两侧开并列的偶数导压孔，导压孔与检测棒内的空腔相通。空腔内有隔墙，把空腔分隔成二部分，在隔墙中，装有通电流的铂电阻丝。当圆柱检测棒的侧后方产生旋涡时，有旋涡的一边静压大于无旋涡的一边，于是通过导压孔引起空腔内流体的移动，使得热电阻丝冷却而改变阻值，在通过电桥输出电信号。 三角柱检测器正面用低温玻璃封装的两只热敏电阻为电桥的桥臂，它由恒流源供给的微弱电流予以加热。流体在检测器两侧交替产生旋涡，产生旋涡的一侧，流速较大，致使靠近这一侧的热敏电阻温度降低而阻值升高，造成电桥不平衡，从而输出与旋涡产生的频率一致的交变电压信号。;热电阻法（P脉动）： 把圆柱做成空心，中间放入一个加热的电阻丝，在隔板层开几个导压孔，当一侧产生涡列时，P变化（脉动），另一侧未变，所以流体经过导压孔突然流过电阻丝，使之冷却，温度降低，电阻减小，另一侧再产生涡列时，流体反而再次冷却，电阻减小，测出电阻下降的次数就可以推出频率f。;物质在1秒内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。 频率是50Hz,也就是一秒钟内做了50次周期性变化。;雷诺数表示作用于流体微团的惯性力与粘性力[1]之比。两个几何相似流场的雷诺数相等，则对应微团的惯性力与粘性力之比相等。 雷诺数越小意味着粘性力影响