射流流量计的原理及发展

　　一、概述

　　流量计的种类繁多,目前以流体振荡原理来进行流量测量的流量计逐渐显示出了其优势。除涡街流量计外,射流流量计也是一种利用流体振荡原理的流量计,它除具有涡街流量计的性能优点外,而且更加牢固、可靠,测量范围更宽。

　　射流流量计的出现源于射流技术的发展。射流技术在60年代和70年代曾经发展相当迅速。根据NFPA (美国国家流体动力协会)的定义,射流技术是一种仅利用流体动力现象来实现敏感、控制、信息处理,实现“与”及“或”等功能的技术。当初的研究者们成功地用流体实现了当今数字电路实现的“与”及“或”等逻辑功能,并曾经试图用射流元件构造数字逻辑电路甚至数字计算机。虽然射流元件在理论上很简单,然而研究者们很快发现,这种元件的流体力学原理比原来料想的要复杂得多,加上集成电路技术的出现和迅速发展,射流技术的研究热潮逐渐冷却。在这场大规模的技术研究中,也有少数技术得到了实用,除如今广泛应用的喷墨打印机的压电喷墨技术之外,还有一项实用的技术就是射流流量计。

　　射流流量计是一种利用附壁效应(也称科安拉效应)形成的双稳元件,并附加反馈通道而发生振荡,其振荡频率和被测流体的流量成比例,所以只要测得振荡频率就可以获得流量值。射流流量计具有以下特点:内部除了通道外,无任何其它的可动和固定部件,所以结构简单、工作可靠、不受振动和加速度影响、可测微小流量;传感器置于反馈通道内,既可减小磨损,又能提高抗干扰性、稳定性、再现性和使用寿命,成本较低、便于批量生产以及易制成本质安全防爆型。

　　利用射流原理测量流量的方案种类很多,但大部分并不实用。如利用射流张弛振荡原理测量流量,利用射流剪切原理测量流量在实验室通过了原理试验,但最终并没有商品化,只有利用附壁效应的方案得到了实用化。其中美国Moore公司研制的利用附壁效应的射流流量计自从70年代初投放市场以来至今仍在大量销售,目前在国内也有代销点。在射流流量计的基本结构形式被确定以后, 80年代和90年代的研究集中在扩大量程范围,减小体积等。

　　二、原理

　　图1是美国Moore公司的利用附壁效应制成的射流流量计。在这种结构的流量计壳体内,设置两块侧壁面,流体流束从左边进入流体作用腔,并在此之前由喷嘴形成一束矩形截面的射流。当流体进入作用腔时,由于附壁效应,流束可以随意地依附两个渐扩的测壁面中的任何一个,来自侧壁面的一股小流束被转向反馈腔,从控制喷口返回作用腔中的主射流,使其偏向另一个侧壁面,开始同样的反馈循环。振动流体的频率与其流速成线性关系,因此,也与其体积流量成线性关系