三传感器旋进旋涡流量计实验研究

　　旋进旋涡流量计是根据旋涡进动现象设计的一种流体振荡式流量计,其主要特点是无可动部件,上、下游直管段要求低,线性测量量程范围宽,不易受介质黏度和密度影响,对测量介质的适应性广,因而在气体、液体、蒸汽,特别是腐蚀性以及较脏的流体计量中有很大优势.目前,旋进旋涡流量计在石油天然气和化工领域有较多应用[1-4].国内外对旋进旋涡流量计进行了一些研究.

　　1991年Heinrichs[5]采用差分传感器做了扩展旋进旋涡流量计量程下限的实验研究.1999年Cas-cetta和Scalabrini[6]对旋进旋涡流量计做了实际工况下的仪表特征测试,探索该流量计在计量领域应用的可行性.2001年Fu和Yang[7]应用流体力学仿真对旋进旋涡流量计的流场特性进行了研究,并提出用信号差分处理方法提高旋进旋涡流量计抗干扰能力.2002年,彭杰刚等[8]对于传感器感应面方位进行了实验研究,发现传感器径向安装、感应面平行于流量计轴线时所得信号最好,同时提出了采用双传感器径向相对安装并进行信号差分处理以提高信号强度,消除和减弱噪音影响.其后,彭杰纲等[9-12]对旋进旋涡流量计流体振动特性、传感器压力信号处理及内部流场进行实验和数值模拟分析,获得了旋涡进动效应流场的演变情况、较佳的传感器安装方式以及脉动流场对旋进旋涡流量计测量的影响等信息,同时提出利用FFT相位判别来消除流场脉动干扰的方法.何馨雨等[13]采用数值模拟方法研究了旋进旋涡流量计内部流动特性,对于传感器安装位置提出了建议.周凯等[14]对旋进旋涡流量计结构参数进行了优化研究,为设计工作中传感器安装位置、喉部收缩比、扩张角的选择提供了依据.

　　目前,研究和设计人员对于采用双传感器相对布置(即,相位差180°)普遍认可.这种方式在抗干扰方面效果良好.但是,业内对于下限流量(始动流量)偏大、系列设计缺乏理论依据等问题还是不满意,故有必要进行进一步研究.从上述研究工作来看,对于双传感器布置方式如何影响流量计压力差分信号强度还缺乏比较系统的研究,也没有信号增强的定量数据.另外,双传感器方式理论上讲可以抵消传感器安装径向同相震动等干扰信号,而对于截面其它方向(如与之正交的另一个径向)的噪声信号无法抵消.如果采用三个传感器同一截面周向布置,进行信号差分处理后,将可以对截面内各个方向的噪声信号予以抵消或减弱,同时提高有用信号的强度,这样就有可能进一步拓展旋进旋涡流量计测量下限.本文对双传感器和三传感器布置方案进行实验研究,对比两者在提高信号强度方面的效果,探讨采用三传感器方案进一步提高旋进旋涡流量计小流量测量能力.