超声波涡街流量计及其应用

　　l前言

　　涡街流量计自80年代成熟之后，应用日趋广泛。这是由于它兼有其他几类流量计如孔板和涡轮流量计的优点，因而世界上一些大型仪表公司如美国的Eastech和Foxboro，日本的Yokogama和oval，英国的Kent，德国的E+H、Krone公司都看好其广阔的应用前景而相继推出了各种不同类型的涡街流量计产品，我国一些企业也先后开发或引进生产，形成了一个品种甚多的“卡门涡街”新家族。

　　2常用涡街流l计性能比较

　　众所周知，涡街流量计是以Karman涡街理论为基本原理的，各类涡街流量计的差别主要在于旋涡发生体的形状、信号检测方法以及相关的检测、处理电路等。然而旋涡发生体当今已发展到较完善的地步(以△型为佳)，最优化设计可使下限雷诺数达104时，仍可保持较好的线性。因此，旋涡检测方法与元件的优劣已成为决定涡街流量计整体性能的关键所在。

　　表1所示为常用的儿种涡街流量计使用性能等比较。由表1可见，采用不同的敏感检测元件，都有其各自的优点。电容式和应力式虽得到广泛应用，尤其是电容式，虽具有抗振性能较好、介质通用性强、工作温度范围宽等特点，但也难以形成主宰性局面。因为它存在着不宜测低流速、低密度气体等缺点，而且由于传感器空穴里必须充满油或空气以支持外金属极，热膨胀和相变限制了它的应用。外金属极必须薄才能达到灵敏的要求。但薄形金属不能承受热力和压力的冲击。另外在空穴里充油的情况下，被损坏的膜可能导致油泄放到管道中去，这在石化系统某些场合是绝对不允许的。

　　压电应力式涡街流量计虽然采用二片压电元件并合理设计元件位置，可减少噪声的影响(比使用单片压电元件的抗振动噪声能力提高一个数量级)，但尚不能完全消除;而且若长期运行在高温如300℃状态下，其传感器的绝缘阻抗急剧下降(从10MΩ一100MΩ下降到IMΩ，甚至是10kΩ一100kΩ)，输出信号也变小，从而使测量系统低频特性恶化，抗干扰能力也大为降低。

　　鉴于力检测方式的涡街流量计难以取得良好的耐振性，故国外又热衷于以灵敏度高、量程比宽、抗振性好为目的而改良的超声波涡街流量计。

　　3超声波检测涡街原理与结构

　　超声波涡街流量计是采用超声波相位解调方式检测心rman涡街的交替流速变化的。这次日本东机工公司新开发的液体专用传感器部分如图1(a)所示，在旋涡发生体下游的尾流区、管道的同一圆周上安装了两组超声波传感器，从两个部位(Tr1,Tr2)发出连续的、强度不变的两束超声波，在管道中心部位交叉，由对面的接收换能器变换为电信号51、52，并由相位比较器检出。设在流场中具