旋进旋涡流量计主要由起旋器、文丘里管、消旋器和检测传感器组成,其结构原理如图1.
旋进旋涡流量计是基于旋涡进动现象工作的[12].流体流入旋进旋涡流量计后,首先通过一组由固定螺旋形叶片组成的起旋器后被强制旋转,使流体形成旋涡流.旋涡中心为“涡核”是流体旋转运动速度很高的区域,其外围是环流.流体流经收缩段时旋涡加速,沿流动方向涡核直径逐渐缩小,而强度逐渐加强.此时涡核与流量计的轴线相一致.当进入扩大段后,旋涡急剧减速,压力上升,中心区域的压力比周围的压力低,于是产生了局部回流.在回流作用下,涡核偏离中心轴像刚体一样在扩张段壁面做螺旋进动,并且是围绕中心轴进行的.进动频率与流体的流速成正比.因此,测得旋进旋涡的频率即能反映流速和体积流量的大小.
旋进旋涡流量计的结构主要由壳体1、旋涡发生器2、压电传感器3、出口导流体4以及积算仪5等部件组成(见图1)。其工作原理是:当沿着轴向的气体进量计人口时,旋涡发生器的螺旋形叶片强迫气流进行旋转运动,于是在旋涡发生器中心产生旋涡流,旋涡流在文丘利管中旋进,到达收缩段突然节流使旋涡流加速,当旋涡流进人扩散段后,因回流作用强迫进行旋进式二次旋转。在某量范围内,旋涡流的旋转频率与介质流速成正比,并为线性。压电传感器检测的微弱电荷信号经前置放大、滤波、后,变成频率与流体流速成正比的脉冲信号,*后送流量积算仪进行计数处理。
多数流量讨一的旋涡发生器是铝制材料,容易被腐蚀和磨损,同时,由于旋涡发生器的进气道比较狭窄,在实际计量中容易被杂质堵塞。
式中:f为单侧旋涡频率,Hz;St为斯特劳哈尔数,无量纲,数值大小与旋涡发生体形状和流体雷诺数有关;v为流体平均流速,m/s;d为圆柱体直径,m。
当流体雷诺数在2104~7106范围(这是仪表的正常工作范围)之内时,斯特劳哈尔数可视为常数,这时,旋涡产生的频率与流体平均流速成正比,测得频率f即可求得流体的体积流量。
旋涡频率的测量可采用热、电、声等多种方法,如热敏检测法、应力检测法、电容检测法、超声检测法等,这些方法是利用敏感元件把旋涡处的压力、流速或密度等参数的周期性变化转换为周期性的电信号,然后经放大等处理后得到方波脉冲,后由二次仪表显示、记录或累积。
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