智能型差动电容式涡街流量计的设计

　　0　概　述

　　涡街流量计作为一种线性的速度式流量计是20世纪70年代才发展起来的一种新型流量仪表。80年代以来得到了广泛的应用。与传统的差压式流量计相比,涡街流量计具有较宽的量程比,较好的线性度,较小的压力损失。传感器无可动部件,性能可靠,使用寿命长。与其它种类的流量计相比,它适用的流体种类较广泛,可以测量液体、气体、蒸汽,适用的介质温度范围可达-40~+400℃,而且其仪表系数受被测流体的温度压力密度或粘度的影响较小。由于其具有以上优点,而成为目前工业企业使用得较多的一种流量仪表。

　　1　主要技术指标

　　1.1　功能指标

　　应用场合:可测量液体、气体、蒸汽。显示方式:流量百分比、瞬时体积流量和累积体积流量,四位十进制浮点数。

　　电路具有集电极开路输出功能,可实现脉冲输出、故障报警及限位开关功能。具有传感器及电路板自检及报警功能,并能显示故障信息。

　　输出方式:电流和脉冲输出,可进行编程设定。具有参数修改功能。

　　1.2　性能指标

　　供电电压:12~36VDC

　　信号输出:4~20mA电流输出,脉冲输出fmax=100Hz。

　　精度:优于1%。

　　温度系数:≤0.03%满量程/℃。

　　量程比:20∶1。

　　环境温度:-30℃~+80℃。

　　本安型:符合国家EMC标准。

　　2　测量原理

　　涡街流量计是以卡门涡街原理为理论基础,在流动的流体中放置一与流体流向垂直的非流线型柱体(挡体),当流体以大于一定速度流过挡体时,流体在挡体后将产生有规则的振荡运动,形成两列对称的旋涡列。实验证明,在一定的雷诺数范围内,稳定的旋涡频率f与旋涡发生侧流速V1及柱宽d有如下关系式:

式中:St———斯特劳哈尔数,对于三角形的旋涡发生体,St=0.16。

　　d———旋涡发生体迎流面的最大宽度(特征宽度),单位米。

　　V1———旋涡发生体处的平均流速,单位m/s。

　　式(1)表明:若St、d为常数时,被测流体在旋涡发生体两侧的流速与旋涡频率f之间具有线性比例关系。这种关系不受流体的温度、压力、密度、粘度及组成成分的影响。根据流体连续性方程可推导下式:

式中:f———旋涡频率

　　qv———被测流体的体积流量

　　k———仪表常数,它是管道直径、挡体特征宽度和St的函数。

　　上式表明,当k为常数时,流体的体积流量与旋涡频率成正比。因此,只要测出涡街频率,就可得到流体在工作状态下的体积流量。从上式可得: