旋涡进动流量计传感器的安装对测量的影响

　　旋涡进动流量计是流体振动流量计的一种.由于其对测量介质具有广泛适应性,无活动部件,对上下游直管道要求比较短,线性测量范围宽、量程宽等优点,被广泛应用于流量的测量

　　虽然国内外对旋涡进动流量计进行了一些研究,如1999年Cascetta等人对旋涡进动流量计做了实际工况下的仪表特性试验研究[1],2000年傅新等人应用流体力学仿真对旋涡进动流量计的流场特性进行了研究[2],但均未涉及传感器对测量的影响.由于旋涡进动流场的复杂性以及传感器和流场的相互影响,传感器的安装会直接影响测量的结果.为获得较真实的流体进动信号,需要对压电传感器在旋涡进动流场中的测量特性进行研究.本文对压电传感器的安装方式对旋涡进动流场测量的影响进行了试验研究,对试验结果进行了分析进而得出较佳的传感器安装方式和旋涡进动流量计压电传感器的设计原则.

　　1　旋涡进动流量计的原理

　　旋涡进动流量计是近年来才发展起来的一种新型流体振动流量计.图1为旋涡进动流量计的原理图.

　　固定旋涡发生叶片使进入流量计的流体产生一个旋转运动,其在轴向运动的来流上附加了一个切向速度.这样就产生了连续的旋涡系列而构成一个旋涡流,称之为“涡势”,其中心为旋涡核(旋涡中心流),外围为环流,如图1所示.流体流经变送器收缩段时波涡流加速,此时,涡核直径沿流动方向逐渐缩小,而旋涡强度逐渐加强,达到扩大段时,由于旋涡急剧减速,压力上升,旋涡中心区的压力比周围低,于是产生了回流.在回流的作用下,旋涡流偏离原前进方向,迫使像刚体一样旋转的涡核在扩大段作一种类似陀螺的运动.旋涡流的进动是贴近扩大段的壁面进行的.由于旋涡进动频率与流体的流速成正比,因此,测得旋涡进动频率即能反映流速和体积流量的大小.

　　2　试验装置

　　图2为流量计测试系统原理图

　　试验装置为气体流量试验系统,由5个部分组成:(1)流场波动模拟装置.用于试验室条件下模拟流场波动;(2)试验表体;(3)标准流量校正装置.本试验台采用音速喷嘴流量计作为校准其他仪表的基准;(4)压差产生装置.本试验台通过真空泵产生负压,使试验台的入口和出口之间产生一个压差,这样就形成一个小型风洞.(5)计算机测试系统.该系统用于测量传感器的输出,主要由电荷放大器和用于采样计算的美国DACTRON公司Photo便携式动态信号分析仪组成.

　　试验的流量范围可从5.5～220.5 m3/h间断分布,试验台的音速喷嘴测定装置由5个标准的不同喷嘴流量计组成.通过不同的组合方式可得到不同的在5.5～220.5 m3/h之间的流量.试验的管道内径为50 mm.