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渦街流量計的測量原理
渦街流量計作為一種新型流量計,20世紀(jì)80年代中期以來發(fā)展較快,它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點和長處,在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣泛。在國內(nèi)使用渦街流量計進(jìn)行流量測量也愈來愈得到重視,目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。
渦街流量計的原理是在流量計管道中,設(shè)置一滯流件,當(dāng)流體流經(jīng)滯流件時,由于滯流件表面的滯流作用等原因,在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦,這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開,形成所謂的卡門(Karman)旋渦列,兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的, 卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281(h為兩旋渦列之間的寬度,L為兩個相臨旋渦間的距離)時,旋渦列是穩(wěn)定的,在此情況下,產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ的關(guān)系為:
式中 d———圓柱形滯流件的直徑;
υ———流體的流速,m/s;
s———無量綱常數(shù),稱為Stroual數(shù),與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。
流量計圓截面管道的雷諾數(shù)Re為:
式中 ρ———流體的密度,kg/m3;
μ———流體的動力粘度,(kg/m)/s;
其他符號意義同上。而流體的流量為:
式中 Q———管道流體的流量,m3/s;
A———管道斷面積,m2。
從上式可見,渦街流量計選型設(shè)計完畢,流量Q不僅與f有關(guān),而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù),其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。旋渦發(fā)生所產(chǎn)生的旋渦頻率需由感測器來測定,感測器獲得的信號經(jīng)放大、濾波zheng形等處理后得到代表渦街頻率的脈沖信號,供單片機(jī)進(jìn)行處理和顯示。感測器分流體振蕩感測和壓力變化感測兩大類。流體振蕩感測屬于接觸式,控測元件易受流體污染,但抗干擾能力強(qiáng);流體振蕩感測屬于接觸式,控測元件易受流體污染,但抗干擾能力強(qiáng)。壓力變化感測屬于非接觸式,探測元件不易受流體污染,但易受振動等因素的干擾。流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。
? 渦街流量計理論研究源于1878年斯特勞哈爾(Strouhal)就發(fā)表了關(guān)于流體振動頻率與流速關(guān)系的文章,斯特勞哈爾數(shù)就是表示旋渦頻率與阻流體特征尺寸,流速關(guān)系的相似準(zhǔn)則。人們早期對渦街的研究主要是防災(zāi)的目的,如鍋爐及換熱器鋼管固有頻率與流體渦街頻率合拍將產(chǎn)生共振而破壞設(shè)備。? 渦街流體振動現(xiàn)象用于測量研究始于20世紀(jì)50年代,如風(fēng)速計和船速計等。渦街流量計就是根據(jù)卡門旋渦原理進(jìn)行關(guān)閉管道流體流量丈量的新式流量計。
? 60年代末開始研制封閉管道流量計—渦街流量計,誕生了熱絲檢測法及熱敏檢測法渦街流量計。? 70、80年代渦街流量計發(fā)展異常迅速,開發(fā)出眾多類型阻流體及檢測法的渦街流量計,并大量生產(chǎn)投放市場,像這樣在短短幾年時間內(nèi)就達(dá)到從實驗室樣機(jī)到批量生產(chǎn)過程的流量計還沒有?! ? 我國渦街流量計的生產(chǎn)亦有飛速發(fā)展,至今基本的流量方程經(jīng)常引用卡曼渦街理論,而此理論及其一些定量關(guān)系是卡曼在氣體風(fēng)洞(均勻流場)中實驗得出的,它與封閉管道中具有三維不均勻流場其旋渦分離的規(guī)律是不一樣的,至于實踐經(jīng)驗更是需要通過長期應(yīng)用才能積累,渦街流量計已躋身通用流量計之列,無論國內(nèi)外皆已開發(fā)出多品種,全系列、規(guī)格齊全的產(chǎn)品,對于標(biāo)準(zhǔn)化工作亦很重視,流量計存在一些問題是發(fā)展中的正?,F(xiàn)象。①上、下游配管內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D’相同,其差異滿足下述條件:0。
渦街流量計儀表之上位機(jī)RTU的主要作用:1、采集狀態(tài)量并向遠(yuǎn)方發(fā)送,帶有光電隔離,遙信變位優(yōu)先傳送; 2、采集數(shù)據(jù)量并向遠(yuǎn)方發(fā)送,帶有光電隔離; 3、直接采集系統(tǒng)工頻電量,實現(xiàn)對電壓、電流、有功、無功的測量并向遠(yuǎn)方發(fā)送 ,可計算正反向電度; 4、采集脈沖電度量并向遠(yuǎn)方發(fā)送,帶有光電隔離; 5、接收并執(zhí)行遙控及返校; 6、程序自恢復(fù); 7、設(shè)備自診斷(故障診斷到插件級); 8、設(shè)備自調(diào); 9、通道監(jiān)視; 10、接收并執(zhí)行遙調(diào); 11、接收并執(zhí)行校時命令(包括GPS對時功能 選配); 12、與兩個及兩個以上的主站通訊; 13、采集事件順序記錄并向遠(yuǎn)方發(fā)送; 14、提供多個數(shù)字接口及多個模擬接口; 15、可對每個接口特性進(jìn)行遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)卦O(shè)置; 16、提供若干種通信規(guī)約,每個接口可以根據(jù)遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)卦O(shè)置傳輸不同規(guī)約的數(shù)據(jù); 17、接受遠(yuǎn)方命令,選擇發(fā)送各類信息; 18、可轉(zhuǎn)發(fā)多個子站遠(yuǎn)動信息; 19、當(dāng)?shù)仫@示功能,當(dāng)?shù)亟涌谟懈綦x器; 20、支持與擴(kuò)頻、微波、衛(wèi)1星、載波等設(shè)備的通訊; 21、選配及多規(guī)約同時運行,如DL451-91 CDT規(guī)約,同進(jìn)應(yīng)支持POLLING規(guī)約和其他國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約(如DNP3.0、SC1801、101規(guī)約);選擇合適的安裝方式在對高壓風(fēng)測量時,可以選擇將流量計傳感器安裝于水平管道或垂直管道上,但如果高壓風(fēng)中水份含量較高,水平安裝時傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處,垂直安裝時氣體流向應(yīng)由下向上。 22、可通過電信網(wǎng)和電力系統(tǒng)通道進(jìn)行遠(yuǎn)方設(shè)置。