第三章流量传感器3.4介绍.ppt

雷诺数 雷诺数是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲量，其定义为： 式中： v——流体的平均速度，m/s； ι——流速的特征长度，如在圆管中取管内径值，m； υ——流体的运动粘度，m2/s。 如雷诺数小，粘性力占主要地位，粘性对整个流场的影响都是重要的。如雷诺数很大，则惯性力是主要的，粘性对流动的影响只有在附面层内或速度梯度较大的区域才是重要的。 一、工作原理 在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。 卡门涡街的产生与现象 为说明卡门涡街的产生，我们来考虑粘性流体绕流圆柱体的流动。当流体速度很低时，流体在前驻点速度为零，来流沿圆柱左右两侧流动，在圆柱体前半部分速度逐渐增大，压力下降，后半部分速度下降，压力升高，在后驻点速度又为零。这时的流动与理想流体统流圆柱体相同，无旋涡产生，如图a所示 。 随着来流速度增加，圆柱体后半部分的压力梯度增大，引起流体附面层的分离，如图b所示。当来流的雷诺数Re再增大，达到40左右时，由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞，就在附面层的分离点S处产生一对旋转方面相反的对称旋涡在一定的留诺数Re范围内，稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比。 设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式 f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 式中　　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；　　　　Sr--斯特劳哈尔数；　　　　m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比　　　　 由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时但是作为流量计在物料平衡及能源计量中监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。 二、 结构 VSF由传感器和转换器两部分组成。 （１）传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等； （２）转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。 VSF结构图 １、旋涡发生体 旋涡发生体，它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，。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，。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。 三角柱旋涡发生体 d/D=0.2～0.3;c/D=0.1～0.2;b/d=1～1.5;θ=15o～65o （１）单旋涡发生体 （２）双、多旋涡发生体 ２、检测元件 流量计检测旋涡信号有5种方式。1） 用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；2） 旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压；3） 检测旋涡发生体周围交变环流；4） 检测旋涡发生体背面交变差压；5） 检测尾流中旋涡列。根据这5种检测方式，采用不同的检测技术（热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等）可以构成不同类型的VSF ３、 转换器 　　检测元件把涡街信号转换成电信号，该信号既微弱又含有不同成分的噪声，必须进行放大、滤波、整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号。　　不同检测方式应配备不同特性的前置放大器 检测方式与前置放大器 检测方法 前置放大器 热敏式 恒流放大器 超声式 选频放大器 应变式 恒流放大器 应力式 电荷放大器 电容式 调谐-振动放大器 光电式 光电放大器 电磁式 低频放大器 转换器原理框图 三、 涡街流量计性能 1. 优点 VSF结构简单牢固，安装维护方便（与节流式差压流量计相比较，无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等）。 适用流体种类多，如液体、气体、蒸气和部分混相流体。 精确度教高（与差压式，浮子式流量计比较），一般为测量值的 ±1%～±2%）R。 范围宽度，可达10：1或20：1。