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渦街信號(hào)的檢測(cè)方式和要求
關(guān)鍵字：流量計(jì),渦街流量計(jì) 日期：2012-8-6 9:26:21
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一、渦街信號(hào)的檢測(cè)方式
盡管已商品化的渦街流量計(jì)產(chǎn)品，采用了多種檢測(cè)技術(shù)，但檢測(cè)原理都是以上述五種現(xiàn)象為基礎(chǔ)。其檢測(cè)方式大致可歸
納為五種[3]。
1．發(fā)生體內(nèi)設(shè)置檢測(cè)元件，直接檢測(cè)壓力脈動(dòng)的方式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方式一）
旋渦分離引起發(fā)生體兩側(cè)壓力脈動(dòng)，這種脈動(dòng)壓力以升力的形式作用到發(fā)生體上。在發(fā)生體內(nèi)裝設(shè)的電容式、壓阻式、
應(yīng)力式、應(yīng)變式等力敏檢測(cè)元件就可檢測(cè)出壓力脈動(dòng)的頻率和幅值。
這種檢測(cè)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適用于工業(yè)測(cè)量。但從式(4 - 15)和式(5 -1)可看出，作用力與速度平方成正比。如果渦街流量計(jì)的
范圍度為10：1，即流速變化10倍，則力的變化為100倍，這樣在檢測(cè)靈敏度與流量的范圍度之間就存在矛盾，即用于高流速、
強(qiáng)交變力作用的檢測(cè)元件，在低流速時(shí)其靈敏度是否能滿(mǎn)足使用要求，這是應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題。
2．發(fā)生體上開(kāi)設(shè)測(cè)量孔和導(dǎo)壓孔，檢測(cè)發(fā)生體兩側(cè)壓差的方式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方式二）
這種檢測(cè)方式又有兩種實(shí)施方法：
(1)在發(fā)生體的軸向'打 一個(gè)有一定深度并可容納檢測(cè)元件的測(cè)量孔。在測(cè)量孔底部的位置從發(fā)生體的兩側(cè)再打兩個(gè)導(dǎo)壓
孔，導(dǎo)壓孔與測(cè)量孑L垂直相通，把發(fā)生體兩側(cè)的交變差壓導(dǎo)人測(cè)量孔，作用到檢測(cè)元件上。見(jiàn)圖(a)o
(2)在發(fā)生體兩側(cè)開(kāi)導(dǎo)壓孔，并把交變差壓直接引出測(cè)量管外，進(jìn)行信號(hào)測(cè)量。如圖(b)和(c)所示。
采用導(dǎo)壓孑L把交變差壓信號(hào)引入測(cè)量孔的方式，有利于提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比，測(cè)量管內(nèi)的流動(dòng)噪聲通過(guò)導(dǎo)壓孑L的“過(guò)
濾”，被有效衰減。特別是圖(b)交變差壓信號(hào)引到流管外，不僅減小了噪聲影響，也給信號(hào)檢測(cè)創(chuàng)造了良好的條件。
如果測(cè)量的是高溫流體，通過(guò)引壓管的冷卻作用，降低了溫度，有效地減小了高溫對(duì)檢測(cè)元件的損害作用。
3．檢測(cè)發(fā)生體周?chē)蛔儹h(huán)流的方式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方式三）
隨旋渦交替分離而產(chǎn)生的交變環(huán)流，改變了發(fā)生體周?chē)木植苛魉佟２捎脺y(cè)量元件，例如用熱敏元件的阻值變化或超聲
波束被調(diào)制的效應(yīng)，測(cè)量旋渦的頻率都是行之有效的方法。這種檢測(cè)方式有較高的靈敏度，適用于測(cè)量范圍較寬的流體，特
別是低壓氣體的流量測(cè)量。
4．檢測(cè)發(fā)生體背面交變差壓的方式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方式四）
在發(fā)生體背面選擇交變差壓信號(hào)較強(qiáng)烈、噪聲較小的測(cè)量位置安裝熱敏、應(yīng)力、應(yīng)變、超聲等檢測(cè)元件，測(cè)量渦街信號(hào)。
既可獲得信噪比較高的信號(hào)，又可避開(kāi)流體中臟物對(duì)檢測(cè)元件的損害和附著，提高了檢測(cè)元件的壽命。
5．檢測(cè)振蕩尾流中的旋渦列的方式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方式五）
檢測(cè)元件安裝在發(fā)生體的下游，檢測(cè)振蕩尾流中的旋渦頻率，也是應(yīng)用較多的檢測(cè)方式。已商品化的渦街流量計(jì)產(chǎn)品中，
應(yīng)用超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、熱敏、磁電等檢測(cè)元件的產(chǎn)品為數(shù)不少。這種檢測(cè)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較容易實(shí)現(xiàn)。發(fā)生體和檢測(cè)元件
相互獨(dú)立，維護(hù)方便。檢測(cè)元件位于發(fā)生體的下游，由于前面的發(fā)生體的保護(hù)作用，而不易直接受到流體中夾雜的固體的沖
擊與傷害。這種檢測(cè)方式的缺點(diǎn)是振蕩尾流中的噪聲成分比較復(fù)雜，有許多影響主旋渦穩(wěn)定的子旋渦、流體流動(dòng)噪聲、低頻
擺動(dòng)等干擾信號(hào)。要有效地檢測(cè)主旋渦信號(hào)，合理選擇檢測(cè)元件的位置、尺寸、插入深度等參數(shù)至關(guān)重要。對(duì)渦街信號(hào)檢測(cè)元件的要求
1．渦街信號(hào)的特點(diǎn)
渦街流量計(jì)測(cè)量的主變量是旋渦的頻率，只有當(dāng)流體流動(dòng)的雷諾數(shù)超過(guò)一定值以后，才能形成穩(wěn)定的卡曼渦街，交替分
離的旋渦才是所要檢測(cè)的信號(hào)。因此不管用哪種檢測(cè)方式和哪種檢測(cè)技術(shù)，都是進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。
不同測(cè)量管徑，不同幾何參數(shù)的發(fā)生體，不同的流體和不同的流量范圍，旋渦的頻率是不同的。以三角柱發(fā)生體為例，
它的斯特勞哈爾數(shù)為0.16，β=0.28，如果所測(cè)量液體的最低流速為0.3m/s。測(cè)量氣體的最高流速為50m/s。再假設(shè)渦街流量
計(jì)的管徑為15~ 300mm。那么，如用300mm口徑渦街流量計(jì)測(cè)量液體，在最低流速0.3m/s時(shí)，用式(3-4)就可以計(jì)算出旋渦
的頻率為0.89Hz。如用口徑15mm渦街流量計(jì)，測(cè)量氣體流量，最高流速時(shí)旋渦的頻率則為2960Hz。由此可見(jiàn)，渦街信號(hào)的頻
率范圍還是比較寬的。
旋渦信號(hào)值值變化很大。由上述可知，旋渦信號(hào)幅值與流速平方成正比，對(duì)于一臺(tái)范圍度為10:1的渦街流量計(jì)來(lái)說(shuō)，信
號(hào)幅值的大小為100：1。如果范圍度為30:1，則信號(hào)幅值大小為900:1。
渦街流量計(jì)安裝在工業(yè)管路系統(tǒng)中，由于上游阻力件（閥門(mén)、彎管、T型支管）、動(dòng)力設(shè)備（風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)）、流體
中的攜帶物（固體顆粒、氣泡等）的影響和旋渦分離過(guò)程中產(chǎn)生的子旋渦的干擾，使渦街信號(hào)的成分變得很復(fù)雜。
2．對(duì)檢測(cè)元件的要求
根據(jù)渦街信號(hào)的特點(diǎn)及渦街流量計(jì)測(cè)量對(duì)象的多樣性，在設(shè)計(jì)、制造檢測(cè)元件時(shí)，應(yīng)考慮以下幾方面的要求：
(1)有較寬的動(dòng)態(tài)工作范圍和較快的響應(yīng)速度；
(2)既要有較高的檢測(cè)靈敏度，滿(mǎn)足低密度、低流速、低雷諾數(shù)狀態(tài)下微弱信號(hào)的檢測(cè)，又要有較強(qiáng)的抗過(guò)載的能力，
能承受高靜壓、高流速下的過(guò)載與流體沖擊；
(3)檢測(cè)元件的穩(wěn)定性要好，能長(zhǎng)期連續(xù)工作，在儀表的壽命期限內(nèi)性能保持基本不變，滿(mǎn)足測(cè)量要求；
(4)能滿(mǎn)足渦街流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)的多樣性要求，既可測(cè)量液體，也可測(cè)量氣體和蒸汽；
(5)能適應(yīng)多變的測(cè)量環(huán)境（高溫、低溫、高濕、腐蝕、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)電磁干擾）；
(6)復(fù)現(xiàn)性和互換性好；
(7)體積小，形狀可塑性好，能配合旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸，安裝在旋渦信號(hào)最強(qiáng)而噪聲又小的位置，不會(huì)因?yàn)榘惭b
了檢測(cè)元件，而影響旋渦的穩(wěn)定性，更不會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的流量特性造成影響；
(8)便于安裝與拆卸，最好可在不斷流的情況下更換；
(9)造價(jià)合理，適合批量生產(chǎn)要求。
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