CN102721448B - 一种抗脏污插入式涡街流量计 - Google Patents
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本发明公开了一种抗脏污插入式涡街流量计，包括内设流体通道的测量头，测量头中固设有漩涡发生体，测量头上开设有取压口，测量头上固设有与取压口连通的内导管，在内导管上从上至下依次布置有过滤元件和热敏元件，测量头上固设有同轴套装在内导管外的沉降管，沉降管下端由测量头封堵、其上端为封口结构，在沉降管的前侧靠近测量头的位置处开设有进气孔，该进气孔位于所述过滤元件下方，在沉降管中具有与进气孔连通的沉降通道，该沉降通道通过所述过滤元件与所述内导管的内腔连通。待测气流在进入过滤元件过滤前先经过沉降通道沉降处理，减小了过滤元件的过滤压力，避免对经常更换过滤元件，提高流量计的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于气体流量测量技术领域，具体涉及一种抗脏污插入式涡街流量计。
背景技术
涡街流量计是利用卡门涡街原理进行流量测量的，把一个非线性阻流体垂直插入管道中，随着流体绕过阻流体流动，产生漩涡分离现象，形成有规则的漩涡列，左右两侧漩涡的旋转方向相反，这些漩涡被称为卡门涡街，其中，产生漩涡分离的阻流体被称为漩涡发生体。涡街流量计是根据漩涡脱离漩涡发生体的频率与流量之间的关系进行流量测量的仪表。
用热敏检测技术检测涡街流量计的漩涡发生体周围的漩涡分离频率，是最早发展起来的检测漩涡的方法，它具有结构简单、灵敏度高、抗振性好和测量气体流量时测量下限低的优点。这种热敏检测技术的主要缺点是不能用于测量高温流体介质，且其抗脏污能力差，不适合用于测量烟尘杂质含量高的气体的流量，这些缺点限制了利用热敏检测技术工作的涡街流量计的应用范围。
在授权公告号为CN201653463U的中国实用新型专利说明书中公开了一种涡街流量计探头，包括内设流体通道的管状壳体，在流体通道中设有漩涡发生体，在管状壳体上设有供外界流体流过的测量通道，测量通道一端为与管状壳体所处外界相连通的进口、另一端为与所述管状壳体内部流体通道相连通的出口，在测量通道中从其进口到出口依次设置有过滤元件、热敏元件。流体在管状壳体的流体通道中流动经过漩涡发生体时，在漩涡发生体后出现漩涡低压区，涡街流量计所处外界含有杂质的流体介质在压力作用下进入测量通道，并经过滤元件过滤后作用在热敏元件上，最后由热敏元件测出管状壳体中漩涡发生的频率，进而测得流体通道中流体的流量。
但上述涡街流量计在使用一段时间后就需要更换过滤元件，以保证对进入测量通道中的流体的过滤效果。当将上述涡街流量计应用在较为恶劣的工作场所时，就需要频繁的更换过滤元件，这样一来，一方面增加了涡街流量计的使用及维护成本，另一方面也降低了涡街流量计的测量效率。但不更换过滤元件流体中的杂质又会影响传感元件的测量精度，甚至给传感元件造成损坏，最终影响涡街流量计的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗脏污插入式涡街流量计，以解决现有技术中的涡街流量计需要经常更换过滤元件而影响流量计工作效率的技术问题。
为实现上述目的，本发明所提供的抗脏污插入式涡街流量计采用如下技术方案：一种抗脏污插入式涡街流量计，包括内设流体通道的筒形的测量头，测量头中固设有小端朝向流体通道后方的漩涡发生体，测量头上对应漩涡发生体的内壁上开设有取压口，在测量头上固设有位于测量头上方的沿测量头径向延伸、且与所述取压口连通的内导管，在内导管上从上至下依次布置有过滤元件和热敏元件，所述的测量头上固设有同轴套装在内导管外的沉降管，沉降管下端由测量头封堵、其上端为封口结构，在沉降管的前侧靠近测量头的位置处开设有进气孔，该进气孔位于所述过滤元件下方，在沉降管中具有与进气孔连通的沉降通道，该沉降通道通过所述过滤元件与所述内导管的内腔连通。
所述的沉降通道为由沉降管的内壁和内导管的外壁形成的沿沉降管轴向延伸的夹层。
所述的内导管的中心轴线垂直于所述漩涡发生体的中心轴线。
所述的内导管中于过滤元件和热敏元件之间布置有节流孔。
所述的内导管和取压口通过测量头上设置有的连接通道连通，该连接通道上具有沿测量头轴向延伸的缓冲段。
所述的内导管、沉降管及连接通道均位于所述取压口的后方。
所述的热敏元件为铂丝。
所述的沉降管上固设有位于所述进气孔正前方的挡风板，该挡风板和所述进气孔之间留有供气流绕过挡风板而进入进气孔中的缓冲空隙。
所述的沉降管的进气孔处固设有与进气孔连通的缓冲引导管，缓冲引导管的远离进气孔的一端为进气端，在缓冲引导管上具有与进气孔轴向相交的引导段。
本发明的有益效果是：本发明所提供的抗脏污插入式涡街流量计工作时，将涡街流量计插入流体管道中，测量头及沉降管上的进气孔均位于流体管道中，而热敏元件及过滤元件则位于流体管道外，当流体管道中的待测流体流经漩涡发生体时，在漩涡发生体的两侧后面产生两列交错排列的漩涡，每个漩涡中心都是一个低压区，在漩涡经过取压口时，在取压口附近形成一个相对于该流体管道的相对负压区。同时，沉降管的进气孔正对流体管道中流动的待测气流，待测气流在该进气孔处会产生一定的动压，在进气孔处形成一个相对于该流体管道的相对正压区，因为进气孔通过沉降通道、过滤元件及内导管与取压口连通，在进气孔和取压口的正负压力差作用下流体管道中的部分待测气流会通过进气孔进入沉降管及内导管中以形成辅助测量气流，辅助测量气流在沉降通道的引导下向上移动，辅助测量气流中的大部分粉尘经过沉降通道的惯性沉降及重力沉降处理后从辅助测量气流中分离，经过初次沉降过滤后仍含有少量粉尘杂质的辅助测量气流再由内导管上的过滤元件进行二次过滤，经过两次过滤进化后的辅助测量气流和由漩涡信号引发的声波共同的作用在热敏元件上，热敏元件上产生电流脉动，计量热敏元件上产生的电流脉动次数就相当于计量涡街流量计的漩涡释放频率，从而测得流体管道中待测流体的流速和流量。本发明所提供的涡街流量计中流经热敏元件的辅助测量气流由流体管道中待测气流分流取得，不需另外设置清洁气源。在含有粉尘杂质的辅助测量气流经过沉降管上的进气孔进入沉降通道中后遇到转弯上升，辅助测量气流中的部分粉尘因为惯性发生沉降，因为沉降管及内导管均位于测量头上方，且沿测量头径向延伸，沉降通道中的气流缓慢的上升，在上升过程中由于重力作用辅助测量气流所含粉尘将基本沉降完毕，随辅助测量气流达到过滤元件的只是微量粉尘，过滤元件位于沉降管内，过滤元件只能过滤从沉降通道中输送过来的辅助测量气流，这样过滤元件过滤压力小，可以使用很长时间而不需要更换，实现免维护。并且辅助测量气流经过沉降通道的沉降分离及过滤元件的过滤净化处理成清洁气流，作为热敏元件的铂丝始终处于这种清洁气流造成的保护性气氛中，既提高了测量精度，也保护了热敏元件。同时，在压力差作用下从测量头的取压口处流出的清洁气流也可以有效防止取压口被堵塞。
附图说明
图1是本发明所提供的抗脏污插入式涡街流量计一种实施例的结构示意图；
（图中箭头所示为流体流动方向）。
具体实施方式
如图1所示，一种抗脏污插入式涡街流量计的实施例，该实施例中的涡街流量计包括内设流体通道的两端开口的筒形的测量头1，在测量头1的中轴线处固设有小端朝向测量头后方的漩涡发生体2，在测量头1的对应漩涡发生体的内壁上开设有取压口3。在测量头1上固设有位于测量头上方的沿测量头径向向上延伸的内导管6，内导管6的中心轴线垂直于漩涡发生体2的中心轴线，该内导管6位于测量头1上的取压口3的后方，在测量头1上设有连通内导管6和取压口3的位于取压口后方的连接通道4，该连接通道4上具有沿测量头轴向延伸的缓冲段。在内导管6的远离测量头的顶端固设有过滤元件8，在内导管6中设置有热敏元件7，此处的热敏元件7为铂丝，铂丝靠近内导管顶端，在内导管6中于过滤元件8和热敏元件7之间还设有节流孔9。在测量头1上还固设有同轴套装在内导管6外的外插的用于引导待测气流中的杂质沉降的沉降管5，该沉降管5的远离测量头的顶端呈封口结构，在沉降管5中具有由沉降管的内壁和内导管的外壁形成的沿沉降管轴向延伸的夹层，该夹层为沉降管中的沉降通道10，在沉降管5的前侧靠近测量头的位置处开设与沉降通道相连通的进气孔11，该进气孔11位于过滤元件8下方，且内导管6的内腔通过过滤元件8与沉降通道10连通。
上述实施例中，为便于在测量时将测量头放入流体管道20中，沉降管5和内导管6均沿测量头1径向延伸，这样上述涡街流量计形成L型结构。
工作时，将呈L型结构的涡街流量计插入流体管道20中，测量头1及沉降管5上的进气孔11均位于流体管道20中，而热敏元件7及过滤元件9则位于流体管道20外，流体管道20中的待测流体流经漩涡发生体2时，在漩涡发生体2的两侧后面产生两列交错排列的漩涡，每个漩涡中心都是一个低压区，在漩涡经过取压口3时，在取压口3附近形成一个相对于该流体管道20的相对负压区。同时，沉降管5的进气孔11正对流体管道中流动的待测气流，待测气流在该进气孔11处会产生一定的动压，在进气孔11处形成一个相对于该流体管道的相对正压区，进气孔11通过沉降通道10、过滤元件8、内导管6及连接通道4与取压口3连通，在进气孔11和取压口3的正负压力差作用下流体管道中的部分待测气流会通过进气孔进入沉降管及内导管中以形成辅助测量气流，辅助测量气流在沉降通道10的引导下向上移动，辅助测量气流中的大部分粉尘经过沉降通道10的惯性沉降及重力沉降处理后从辅助测量气流中分离，经过初次沉降过滤后仍含有少量粉尘杂质的辅助测量气流再由内导管顶端的过滤元件8进行二次过滤，经过两次过滤进化后的辅助测量气流和由漩涡信号引发的声波共同的作用在热敏元件7上，热敏元件上产生电流脉动，计量热敏元件上产生的电流脉动次数就相当于计量涡街流量计的漩涡释放频率，从而测得流体管道中待测流体的流速和流量。
在上述实施例中，测量头1上开有取压口3以获取漩涡发生体产生的漩涡信号。漩涡的中心为低压区，漩涡经过取压口时形成压力波动。压力波动沿着内导管传送，本质就是声波传播，声波频率等于涡街漩涡频率，生成的声波为低频声波。低频声波在内导管中衰减小，可以远传，这样热敏元件就可以远离测量头而位于流体管道之外，从而避开高温等不利热敏元件工作的区域，从而使得利用热敏检测技术工作的涡街流量计可以测量高温气体。在没有明显机械振动的场合，也可以用声传感器作漩涡频率检测元件。为加强抗机械振动性能，本实施例中采用加热的铂丝作检测元件。但是受热的铂丝对纯声波不敏感，即便是低频声波也是如此。根据有关热丝热传递量与周围气体流速间关系的理论金氏（L.V.King）定律和发明人的试验表明，只有热丝周围的气体流速在一定范围内热丝电阻的变化才是显著的。因此，测量时除了要给铂丝通电加热外，还必须让铂丝周围有一定流速的气流通过，因此在本实施例中引入了辅助测量气流，以提高测量精度。
本实施例中，内导管中于过滤元件和热敏元件之间设置节流孔调节通过内导管中的辅助测量气流的流量，从而保证热敏元件的测量灵敏度。
本实施例中，流经铂丝的辅助测量气流由流体管道中待测气流分流取得，不需另外设置清洁气源。在含有粉尘杂质的辅助测量气流经过沉降管5上的进气孔11进入沉降通道10中后遇到直角向上转弯，辅助测量气流中的部分粉尘因为惯性发生沉降。因为沉降管5及内导管6均位于测量头1上方，且沿测量头1径向延伸，沉降通道10中的气流缓慢的上升，在上升过程中由于重力作用辅助测量气流所含粉尘将基本沉降完毕，随辅助测量气流达到过滤元件的只是微量粉尘，这样过滤元件过滤压力小，可以使用很长时间而不需要更换，实现免维护。并且，辅助测量气流经过沉降通道的沉降分离及过滤元件的过滤净化处理成清洁气流，作为热敏元件的铂丝始终处于这种清洁气流造成的保护性气氛中，既提高了测量精度，也保护了热敏元件。同时，在压力差作用下从测量头1的取压口3处流出的清洁气流也可以有效防止取压口被堵塞。
上述实施例中，沉降通道为沉降管的内壁和内导管的外壁形成的夹层，在其他实施例中，沉降通道也可以为其他的结构如在沉降管中增设沿沉降管轴向延伸的导流管，该导流管的下端与沉降管上的进气孔连通、其上端与内导管上的过滤元件的进气孔连通，过滤元件只接收由导流管输送的经过导流管内腔沉降处理后的辅助测量气流，此时，导流管的内腔即为沉降管中的沉降通道，该沉降通道沿沉降管轴向延伸。在其他实施例中，导流管也可以呈螺旋形的布置在沉降管中，此时，沉降通道则沿螺旋形延伸，辅助测量气流在螺旋结构的导流管的引导下经过沉降处理后再进入过滤元件中。
上述实施例中，进气孔11开设在沉降管5的前侧，待测气流在流动时迎着进气孔直接进入沉降管中，为避免过快的气体流速对测量造成影响，在其他实施例中，在沉降管上布置有位于进气孔正前方的挡风板，该挡风板通过支架固定在沉降管上，该挡风板和所述进气孔之间留有供气流绕过挡风板而进入进气孔中的缓冲空隙，测量时，流体管道中的待测流体在绕过挡风板后进入缓冲空隙后再通过沉降管上的进气孔进入沉降通道中。在其他实施例中，还可以在沉降管的进气孔处固设缓冲引导管，缓冲引导管的远离进气孔的一端为进气端，在缓冲引导管上具有与进气孔轴向相交的引导段，缓冲应导管可以选用导气弯头或导气三通接头等元器件，导气弯头的进气端朝向沉降管的进气孔的一侧，在导气弯头上具有弧形的用于引导气流进入沉降管的进气孔中的引导段。同样导气三通接头上的两个进气孔也分别朝向沉降管的进气孔的两侧，导气三通接头上具有与沉降管的进气孔轴向垂直的用于引导气流的引导段，上述结构均可以有效的避免流体管道中的待测流体正对沉降管上的进气孔。
上述实施例中的热敏元件采用铂丝，热丝电阻小，抗干性能好，灵敏度高。在其他实施例中，也可以采用铝丝或钨丝等热敏金属丝。
Claims (9)
1.一种抗脏污插入式涡街流量计，包括内设流体通道的筒形的测量头，测量头中固设有小端朝向流体通道后方的漩涡发生体，测量头上对应漩涡发生体的内壁上开设有取压口，在测量头上固设有位于测量头上方的沿测量头径向延伸、且与所述取压口连通的内导管，在内导管上从上至下依次布置有过滤元件和热敏元件，其特征在于：所述的测量头上固设有同轴套装在内导管外的沉降管，沉降管下端由测量头封堵、其上端为封口结构，在沉降管的前侧靠近测量头的位置处开设有进气孔，该进气孔位于所述过滤元件下方，在沉降管中具有与进气孔连通的沉降通道，该沉降通道通过所述过滤元件与所述内导管的内腔连通。
2.根据权利要求1所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的沉降通道为由沉降管的内壁和内导管的外壁形成的沿沉降管轴向延伸的夹层。
3.根据权利要求1所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的内导管的中心轴线垂直于所述漩涡发生体的中心轴线。
4.根据权利要求1或2或3所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的内导管中于过滤元件和热敏元件之间布置有节流孔。
5.根据权利要求1或2或3所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的内导管和取压口通过测量头上设置有的连接通道连通，该连接通道上具有沿测量头轴向延伸的缓冲段。
6.根据权利要求5所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的内导管、沉降管及连接通道均位于所述取压口的后方。
7.根据权利要求1或2或3所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的热敏元件为铂丝。
8.根据权利要求1或2或3所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的沉降管上固设有位于所述进气孔正前方的挡风板，该挡风板和所述进气孔之间留有供气流绕过挡风板而进入进气孔中的缓冲空隙。
9.根据权利要求1或2或3所述的抗脏污插入式涡街流量计，其特征在于：所述的沉降管的进气孔处固设有与进气孔连通的缓冲引导管，缓冲引导管的远离进气孔的一端为进气端，在缓冲引导管上具有与进气孔轴向相交的引导段。
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