CN1072797C - 具有漩涡格栅的涡流流量传感器 - Google Patents

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Abstract

涡流流量传感器(1)，用于测量在测量管(2)流动的流体的流速，一非流线形体(4)安装在测量管中以产生卡曼涡；漩涡传感传元件(5)响应于漩涡产生的压力脉动；一漩涡格栅(6)安装在非流线形体上游侧，并具有至少部分地彼此截面不同的各开孔。漩涡格栅可以是圆形的，由各径向元件和彼此间隔的同心的圆形元件组成。漩涡格栅沿流体流动方向的厚度D和其距非流线形体的距离x满足：20D＜x＜40D。

Description

具有漩涡格栅的涡流流量传感器
本发明涉及一种涡流流量传感器，用于测量在测量管中流动的流体的流速和/或体积流速，包含在测量管中安装的非流线形体和在非流线形体上游侧安装的漩涡格栅。
在这种涡流流量计的工作过程中，在非流线形体下游侧形成卡曼涡街。其产生的压力脉动利用漩涡传感元件变换为一个频率与体积流速成比例的电信号。
安装在非流线形体上游侧的漩涡格栅产生微小的漩涡，有助于使流量分布均匀。漩涡格栅不应与各流量调节器混淆，参见US专利3965730，不应与流体导直器或流体校正器混淆，参见US专利4280360或US专利5193399。
其实流体导直器阻尼或者甚至抑制流体漩涡，即，使流体层流化，而漩涡格栅则产生特别准确确定的漩涡。流体校正器也可用在漩涡格栅的上游侧和下游侧而与其结合使用，以提高测量精度。US专利4397192介绍了一种涡流流量传感器，用于测量在测量管中流动的流体的流速和/或体积流速，其包含：
非流线形体(这里称为遮蔽漩涡的障碍物)，安装在测量管中，且设计用于产生卡曼涡；
漩涡传感元件，响应于由漩涡产生的压力脉动；以及
漩涡格栅，安装在非流线形体上游侧，具有相同的方形截面的各开孔。
正像这种先有技术表明，迄今一直明显以为利用具有规则的相同截面开孔的漩涡格栅可以实现充分提高精度。
然而，市场需求希望再提高精度，达到±0.1％的数量级。而这种精度利用先有技术的涡流流量传感器是不可能实现的。
因此，本发明的目的是进一步提高测量精度。
为了实现这一点，本发明提供一种涡流流量传感器，用于测量在测量管中流动的流体的流速和/或体积流速，包含：安装在测量管中的非流线形体，其设计用于产生卡曼漩涡列；漩涡传感元件，响应于由于漩涡引起的压力脉动；以及安装在非流线体上游侧的漩涡格栅，具有至少局部截面彼此不同的各开孔，漩涡格栅是圆形的，由各径向元件和彼此间隔的各同心的圆形元件组成，或者，由内圆形格栅和至少一个相邻外环形格栅组成，内圆形格栅具有截面积为第一数值的各方形开孔，而外环形格栅具有截面积为大于第一数值的第二数值的各方形开孔。
在本发明的第一优选实施例中，漩涡格栅是圆形的，由各径向元件和彼此间隔的同心圆形各元件构成。
根据对这一实施例的改进，多个径向元件均匀分布，各圆形元件之间的间隔由外向内逐渐降低，特别是根据指数函数变化。
在本发明的第二优选实施例中，漩涡格栅也是圆形的，但它是由一内圆形格栅和至少一个外相邻的环形格栅组成的，内圆形格栅具有截面为第一数值的各方形开孔，而外环形格栅具有截面为大于第一数值的第二数值的各方形开孔。
根据对这一优选实施例的改进，装有两或更多个环形格栅，它们各自的方形开孔的截面积数值由外向内逐渐降低，但在每一个环形格栅内是恒定的。
在本发明的第三优选实施例中，漩涡格栅沿流体流动方向的厚度为D，距非流线形体的距离为x，所述厚度和所述距离满足如下不等式：
20D＜x＜40D
本发明的优点在于，如果将该涡流流量传感器安装在管中，不需要或仅需要短长度的输入段。
结合附图，通过用各实施例的如下介绍，将会使本发明及其优点理解得更加清楚，其中：
图1是具有漩涡格栅的涡流式流量传感器纵向示意断面图；
图2a是漩涡格栅的第一变型方案的示意横断面图；
图2b表示与图2a所示方案相关的函数关系图；
图3是漩涡格栅的第二变型方案的示意横断面图；
图4是流量分布曲线示意图。
参照图1，该图以纵向示意断面图表示涡流式流量传感器的一个实施例。其包含一测量管2，其中沿箭头3所示预定方向流过待测流体，例如液体、气体或蒸汽特别是水蒸汽。
一非流线形体4通过焊接到测量管的内壁安装在测量管2上。该非流线形体4用于产生卡曼涡且通常具有为实现此目的所选择的任何形状。例如，其可以具有三角形或梯形横断面，流体迎着三角形或梯形表面，特别是垂直于后者流动。
在图1所示实施例中，在非流线形体4的下游侧的测量管2壁中安装响应于漩涡引起的压力波动的漩涡传感元件5。对于漩涡传感元件5，可以采用在涡流流量传感器中使用的任何常规型式的机电式压力变换器，例如电容式，压电式或电感式特别是电动式变换器。
代替在非流线形体4下游侧设置漩涡传感元件5，还可以在非流线形体的内孔中安装该元件，在这种情况下，压力波动通过至少一个在非流线形体中的另一内孔到达漩涡传感元件。漩涡传感元件还可以密封方式适配安装在非流线形体的侧向表面中，涡流传感器的电引线贯穿通过一个在非流线形体中不与流体连通的一个孔。
在非流线形体4的上游侧，一漩涡格栅6安装在测量管2中。在所示实施例中，这一个漩涡格栅6扩展分布在测量管2的整个内腔，因此是圆形的。这一格栅具有的各开孔，至少局部上各自断面是不同的。漩涡格栅6沿流动方向的厚度为D，其位置距非流线形体4的距离为x。最好，20D＜x＜40D。在非流线形体4和漩涡格栅6之间，在流体中由于漩涡格栅6产生均匀的无向性的漩涡。
图2a表示从前方观看时的漩涡格栅6的第一变型方案。这种漩涡格栅是圆形的，由长度为R的各径向元件61和彼此间隔距离为A的各同心的圆形元件62组成。因此，图2a中的漩涡格栅具有一分散伸出各径向元件61的中心。长度R还是测量管2的内腔的半径。
特别是根据图2a，数量为16的径向元件61均匀地沿圆周分布。各圆形元件之间的间隔由外朝内逐渐降低，最好根据一指数函数维持下式所示关系：
A=K1+K2R+K3R1.4
K1、K2、K3是常数，可根据涡流流量传感器的制造选择。K1是最内侧圆形区域与中心的间隔，对应于图2b中的曲线与纵轴的交点。在图2b中，这一指数函数量值上是示意的，即不是按比例表示的。
在图2a中，在两个圆形元件62之间的各个扇形部分面积是相等的，这些面积利用已知的关于圆的几何公式能够简便计算。
然而，当从中心向外侧观看时顺序循着两相邻的径向元件形成的各扇形部分区域不具有相同的面积，而是沿朝向中心的方向它们的截面积呈阶梯形减少。扇形部分的面积大小可以由涡流流量传感器的制造商根据需要选择。
图3表示从前方观看时的漩涡格栅6的第二变型方案，与第一变型方案相比较，具有各方形开孔。因此，它们的面积与第一变型方案的开孔面积具有不同的数学关系。
图3中的漩涡格栅像图2a中一样是圆形的，但是由3个格栅组成的，即内部圆形格栅63，其具有截面积为第一数值的各开孔；第一外侧相邻环形格栅64，其具有截面积为大于第一数值的第二数值的各开孔；以及相邻的环形格栅65，其具有截面积为大于第二数值的第三数值的各开孔。这3种面积数值可以由涡流流量传感器的制造商按照需要选择。
在图3所示实施例中，圆形格栅63中的各方形部分和环形格栅64、65中的对应部分沿相同的方向排列，因此它们的各边彼此平行且局部对齐。在圆形格栅63中的各方形部分也可以沿与环形格栅64、65的对应部分不同的方向排列。
图4表示在测量管2中形成的两种流量分布的定量表示的曲线，曲线7为不具有漩涡格栅6，曲线8为具有漩涡格栅6的情况。纵坐标代表流速，横坐标代表测量管2内腔的直径，(见图中虚线)，并标出半径R。曲线8的流量分布低于曲线7，因此，在截面的大部分区域内实际上是恒定的。

Claims (5)

1．一种涡流流量传感器，用于测量在测量管中流动的流体的流速和/或体积流速，包含：
安装在测量管中的非流线形体，其设计用于产生卡曼漩涡列；
漩涡传感元件，响应于由于漩涡引起的压力脉动；以及
安装在非流线体上游侧的漩涡格栅，具有至少局部截面彼此不同的各开孔，漩涡格栅是圆形的，由各径向元件和彼此间隔的各同心的圆形元件组成，或者，由内圆形格栅和至少一个相邻外环形格栅组成，内圆形格栅具有截面积为第一数值的各方形开孔，而外环形格栅具有截面积为大于第一数值的第二数值的各方形开孔。
2．如权利要求1所述的涡流传感器，其特征在于多个径向元件均匀分布，各圆形元件之间的间隔由外向内逐渐降低。
3．如权利要求2所述的涡流传感器，其特征在于各圆形元件之间的间隔按照指数函数降低。
4．如权利要求1所述的涡流传感器，其特征在于装有两或更多个格栅，它们具有的各自方形开孔截面积数值由外向内逐渐降低，但在每一环形格栅内是恒定的。
5．如权利要求1所述的涡流传感器，其特征在于，漩涡格栅的沿流动方向的厚度为D，距非流线形体的距离为X，所述厚度和所述距离满足如下不等式：20D＜x＜40D。
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