管壁差压式涡街流量计测量影响因素分析

　　旋涡频率的检测是涡街流量计的关键技术,压电晶体法是目前最为常用的检测方法.但是压电晶体检测法存在两个严重的问题:1)压电晶体对管道的振动较敏感.2)压电晶体长期使用的稳定性较差.为了解决上述问题,研究人员从传感器的结构形式^[1-2]和流量信号的分析处理^[3-4]等方面进行了广泛深入的研究,取得了大量的成果,但是都难以从根本上予以解决.

　　文献[5]根据流体力学基本原理,在对涡街流量计流场数值仿真的基础上,提出了涡街流量计旋涡频率检测的管壁差压法,并对在不同管径方向的取压位置也作了研究.研究表明,该方法简便可靠,不干扰管道内的流动,抗干扰性强,从而形成一种新型的涡街流量计,即管壁差压式涡街流量计.本文在已有的研究基础上,应用旋涡动力学和流体阻抗法的有关原理,从取压位置和差压检测系统两个方面入手,分析了各种因素对管壁差压式涡街流量计测量的影响,提出了相应的解决方案,为优化测量提供了指导.

　　1　测量原理与特点

　　在涡街流量计中,有旋涡产生的地方必有压力的变化,交替产生的旋涡必然会导致附近流场的压力出现规则的变化,其变化的频率与旋涡的频率一一对应,因此可以通过检测发生体尾流中某确定的两点间的波动差压来测量旋涡频率,从而实现流量的测量.由于发生体两侧对称点上的相位差为180°,且振动幅度和频率相等,因此将差压取压位置选取在管壁上的对称点更利于检测,如图1所示,其中图1(a)、(b)分别为沿着管道轴向和径向的截面图.

　　数值仿真和实验结果都表明,与目前常用旋涡频率检测方法相比,管壁差压法具有以下明显优势:

　　1)引压系统对管内待测介质流动几乎没有影响;2)传感器系统独立于旋涡发生体,并且位于管道外面,维修和更换时不需要切断管流拆卸旋涡发生体,可以实现传感器在线维修和更换;3)与压电晶体法相比,具有较强的抗干扰性;4)可测流量下限低.

　　2　实验过程与装置

　　在管内流动介质分别为水和空气的情况下均进行了实验,整个实验测试系统由动力设备、稳压设备、标准流量表、前直管段、实验段和后直管段6部分组成.管道的内直径D=50 mm,旋涡发生体的横截面为梯形,迎流面宽度d=14 mm,管壁差压的取压孔选择在发生体后的三对不同位置1、2、3,它们分别位于距发生体迎流面0.2D、0.5D、D的下游,其中D为管道内直径,如图2所示.

　　空气和水实验时的标准流量表分别为钟罩标准流量装置和电磁流量计,它们的精度均为0.5级.测得的管壁差压经过放大,由数字示波器记录保存,再导入计算机进行处理分析.