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什么是差压式涡街质量流量计|工作原理|涡街流动性分析

时间:2018/06/18来源:未知

  为了克服压电式涡街流量计抗干扰能力弱的缺点,本课题组提出了一种新的测量方法—管壁差压法测量涡街旋涡频率。差压式涡街质量流量计的测量原理也是通过测量卡门涡街频率来获得流体流速〔”一'。它的测量方法有两种管壁周向取压和管壁轴向取压,如图一所示,但是周向取压的方法只能测量流体的体积流量,而轴向取压可以用于流体质量流量的测量'”。通过在涡街发生体的上下游管壁上设置两个取压孔,如图一所示,检测上游静压力和下游由卡门旋涡造成的波动压力差来获得流体通过涡街发生体前后的压力值,“`,其示意图如图一所示。
图一差压式涡街流量计原理示意图

图一差压式涡街流量计原理示意图
图一上下游差压示意图

图一上下游差压示意图

  根据流体力学的原理,涡街发生体不仅使流体流过后发生分离、产生涡街,它还具有阻力特性,使流体流过涡街发生体后产生压力损失,差压如的平均值如与流速的关系可表示为生,,户式中而为如的平均值马为压力系数为流体密度为流体平均速度。用式除以式可得和马在一定的雷诺数范围内是常数,·是涡街发生体尺寸参数,也是常数,因此如正比于夕因此质量流量。可表示为一一如忿戈,其中戈`练印一心,份一工,汉一式中为管道横截面积瓜为质量流量仪表系数,是一个与旋涡发生体形状、尺寸、上下游取压孔位置等有关的物理量。瓜值可以通过实验测量标定得到。因此,只要测量得到涡街发生体上下游的差压信号,从中得到流体流经发生体的压力降和涡街频率,经计算就可以直接得到流体的质量流量。目前管道内流体的质量流量测量方法多
计算公式


  为通过测量体积流量然后利用流体密度换算得到流体的质量流量,这种测量方法的精度普遍较低。科里奥利力质量流量计虽然精度高但是确价格昂贵也没有得到广泛地应用。利用管壁差压检测涡街频率,测量方法简单,维修安装方便。这种新型的涡街质量流量测量方法已经获得了国家发明专利,而管壁差压式涡街旋涡频率检测装置也己经申请了国家发明专利。将其从实验室样机推广到市场应用具有很高的实用价值。
  差压式涡街质量流量计主要由阀体、引压系统和信号处理电路三部分组成。其中阀体是涡街信号产生元件,当流体流经扰流体时产生涡街波动信号引压系统是涡街信号检测元件,负责将涡街信号传递至差压传感器中信号处理电路则是涡街信号处理元件,主要检测传感器输出的涡街信号并处理显示,同时具有仪表系数设定,现场通信等功能

差压式涡街流量计信号处理电路介绍:
图一差压式涡街流量计信号处理系统框图
图1-7差压式涡街流量计信号处理系统框图

  差压式涡街质量流量计的信号处理系统己经获得了国家实用新型专利。它的信号处理系统框图与主程序的软件流程图分别如图一,图一所示。差压信号通过引压管将涡街信号传递至差压传感器并且输出毫伏级电压信号,该电压信号包含两类信号一是频率信号用于测量体积流量,二是差压平均值。
  首先涡街信号由模拟放大电路放大,该部分主要由公司的仪器仪表放大器与数字电位器共同构成,实现不同放大倍数之间的切换。然后将放大后的涡街信号分别输入到高通滤波与低通直流滤波电路中去,将直流的涡街上下游差压信号与交流的涡街波动信号分离,然后由公司的单片机进行采样转换。涡街的波动信号经过变换后就能得出涡街频率值,根据式与上下游差压信号石经过换算得到流体质量流量,““。因此可以看出从本质上来说差压式涡街流量计是一种双参数的检测方法。图一则列举了流量为时的涡街信号与功率谱。

图1-8差压式涡街流量计信号处理系统主程序框图

图1-9介质为空气,流量时涡街信号与功率谱图
基于差压原理的涡街流动性分析:
  由于涡街与其所在的管道内流动状态密切祸合,涡街特性能够很大程度上地反映管道内流体的流动情况,是一个包含大量流动信息的集合—“富流场信息源”。本课题组基于差压原理分析了涡街的流动特性。利用固有模态分解的方法提取了非平稳状态下的涡街信号的固有模态函数,实现了定量判断管道内涡街流动是否处于正常状态的单相流动状态。
  此外对气液两相涡街也进行了深入的研究,测量了气液两相流在一定含气率下的两相流质量流量口`,提出了判别两相流涡街的稳定性指数,并利用神经网络的处理方法判别了气液两相流绕流动态压降与两相流流型之间的关系。

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