[其他]插入式渦街流量計

無效

• 申請號: 86205428
• 申請日: 1986-07-25
• 公開（公告）號: CN86205428U
• 公開（公告）日: 1987-09-09
• 發明（設計）人: 彭炫;曹倬;李青;王毅;陳建武
• 申請（專利權）人: 長沙礦山研究院
• 主分類號: G01F1/20
• 分類號: G01F1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

屬于測量流量的儀器。

插入式渦街流量計是一種測量流體流量的儀器。目前國內外使用的工業流量計有節流式流量計、插入式渦輪流量計、電磁流量計、測速管以及七十年代末問世的渦街流量計。節流式流量計的測量范圍窄，壓力損失大，能耗高；大直徑節流裝置的造價高、安裝困難、冬季需加保溫防凍措施。插入式渦輪流量計雖標定精度較高，但對介質清潔度要求苛刻，并要求經常標定，運行可靠性不高。電磁流量計僅適用于液體介質，且大管徑產品造價昂貴，難以推廣。測速管雖造價低且節能，但量程比小，有結凍現象，不適于在污水和含塵氣體中長期工作。美國Eeastech公司和日本橫河電機公司分別推出的第一代渦街流量計，目前已具有量程比寬、壓損小、精度高、復現性好、構造簡單、運行可靠、氣液通用、溫度適應性好等突出優點。西德E－H公司、英國Kent公司、美國Foxboro公司、Fischer＆Por－ter公司等都有獨具特色的產品。但據公開報導所悉，這些公司目前大都只有管徑小于200毫米的產品，不能用于大流量測量。據美國4，248，098專利介紹：日本橫河電機公司在七十年代末期研制的應力檢測式壓電傳感器較好地解決了流量測量靈敏度和寬量程比之間的矛盾，但在測量低流速氣體時仍然信號太弱，呈現不穩定現象，其空氣流速測量下限為6米／秒，不能滿足某些低流速氣體測量的需要。由于隨機因素的影響，單發生體結構發出的流量信號有較大的幅度起伏，甚至偶爾出現間歇現象，在低流速時尤為嚴重，影響了流量測量的穩定性和重復性，降低了精度指標。對于大直徑氣體管道，為了節能和減少壓損，工作流速往往在6米／秒以下，這對于現有的渦街流量計和其它品種的工業流量計都是難以勝任的。

本發明的目的在于克服上述缺點，而推出一種適于大于200毫米直徑管道、用點流速法測量滿管流量的插入式渦街流量計，其使用條件可參照國際標準ISO－7145。本發明采用一種新的雙旋渦發生體結構，以便在低流速氣體測量中仍能獲得穩定的流量信號，改善信號的起伏度，提高信噪比。

插入式渦街流量計在管道上的配置如圖1。流量傳感器1通過絲桿2插入被測管道3內，浸沒于被測流體之中，調節絲桿2，改變傳感器的插入深度。絲桿2的絲母法蘭座5固定在球閥4上，以實現不斷流也可裝卸傳感器。在絲桿2的另一端則裝有儀表放大器盒7，用指示桿6指示流體流動方向。流量傳感器1由圓筒10、前發生體13、后發生體9、敏感元件12、壓塊11組成（圖2）。后發生體9是一個斷面為梯形的柱體，上端與圓筒10焊接在一起，并通過螺紋連接在絲桿2的端部，再用銷釘8固死。也可用螺栓16將后發生體9、圓筒10和絲桿2連接起來（如圖4）。絲桿2應有足夠的剛度，以保證整個插入部件的機械自振頻率落在渦街頻率范圍之外。塑料墊片14起密封作用，防止流體進入后發生體的內部。后發生體9的內部膛孔中裝有壓電晶片12，例如可用PZT壓電陶瓷等制作，晶片上疊放著壓塊11，用粘接劑將三者固結為一個整體，壓塊起著加強粘接體剛度的作用。根據介質工作溫度，可選擇環氧樹脂、高溫無機粘接劑等粘接劑材料。后發生體9的下端懸空，當發生體兩側的旋渦升力交替作用在后發生體9上時，在發生體內部產生彎曲正應力，此應力作用在粘接的壓電晶片12上產生交變電荷，通過電極用導線15引出，交變電荷的頻率即為渦街頻率。這種懸臂樑結構所產生的流量信號比美國專利4，248，098中所述的一端固定，一端簡支樑結構所產生的流量信號大10倍以上。本發明采取后發生體9下部中空，上部加裝壓塊11等措施，使后發生體9的重心提高至壓電晶片的裝設位置處，以使非流量信號的振動干擾限制在較小程度。前發生體13為菱形斷面柱體，其上下端可用焊接、鉚接或螺釘固接在圓筒10的殼體上，必須保證前后發生體均對稱裝設在圓筒的軸線上。由于前后發生體的聯合作用，旋度增加，信號幅度比單發生體結構增強5～10倍，從根本上消除了信號起伏和間歇現象。在保證傳感器精度±1％的情況下，空氣流速測量下限可達到3米／秒，水的流速測量下限可達到0.4米／秒，量程比為20：1，重復性高達±0.06％，此時若將量程比縮小為10：1，則精度可達±0.5％。鑒于前發生體13的主要作用是產生旋渦，在設計時就可以適當減小后發生體9的尺寸和質量，從而減少振動干擾。為了獲得良好的測量效果，推薦下列參數關系（圖3）：傳感器圓筒10的內徑D₁與管道內徑D₂之比不大于0.11，以確保傳感器插入管道后不致過份影響流場分析。為了形成穩定旋渦，傳感器圓筒10的長度L為（1.4－1.6）D₂，在有旋渦的流場中應用時，加長L可提高旋渦頻率的穩定性，但L值過大會影響儀表的線性度。后發生體9的梯形斷面兩斜邊夾角θ等于60°，其迎流面寬度d₂與圓筒10內徑D₁的比為0.27。由于前發生體13的存在，過份加大d₂對增強信號并無顯著作用，d₂過大還將增大阻力。后發生體9順流方向的長度l₂不應大于其寬度d₂，否則對擴展流速下限、提高儀表精度不利，最佳關系為l₂等于0.74d₂。l₃的存在對于穩定流量計的工作性能，使得迎流面寬度尺寸d₂不致在流體沖蝕下迅速變化是必要的，一般取l₃等于（0.1～0.15）d₂。前發生體13的斷面形狀和尺寸對渦街流量計的性能有很大影響。大量試驗證明，其最佳形狀為直角菱形，這種形狀可以保證壓電晶片所拾取的流量信號幾乎是等幅的，無起伏現象，壓損也小。菱形的邊長d₁與后發生體9的迎流面寬度d₂的比為0.45～0.85，最佳值為0.6。兩個發生體之間的距離l₁同前發生體13的邊長d₁之間應取相適應的關系，d₁愈小，l₁應愈小。隨著l₁的縮短，斯特羅哈數St愈穩定，有利于提高精度和減少傳感器的壓損。其最佳值為l₁等于（2.2～2.4）d₁，這樣就打破了美國專利4，350，047中規定的l₁至少為4d₁的說法，從而能把雙發生體結構應用到插入式渦街流量計的傳感器中。

本發明適合于大直徑管道流量的測量，最大管徑可達2米，并具有量程比寬（20：1），節能、溫度適應性好等優點，可在－20～＋300℃范圍內工作，精度高、氣液通用，在多塵和有腐蝕性的惡劣環境中工作可靠。