CN207423278U - 基于卡曼涡街的流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于卡曼涡街的流量测量装置。在测量管道内部垂直于管道轴线安装横截面为非流线型的前后两个相同的涡街发生体，在后钝体的下游距离后钝体迎流端面0.2D‑0.4D(D为管道内直径)之间的测量管段上开有两个对称于测量管段轴线的取压孔，用差压传感器测量这两点之间的差压，此差压信号包含了漩涡频率信息，进而可通过计算获得体积流量值。在本实用新型提出的装置中，差压传感器独立于涡街发生体，便于更换；通过双钝体组合结构引发旋涡的重叠现象，得到更加稳定、且幅值更大的钝体上下游差压信号。从而有效降低涡街流量计的测量下限，增大其测量范围。

Description

基于卡曼涡街的流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于卡曼涡街的流量测量装置。

背景技术

涡街流量计属于流量测量的产品，它具有适用介质广、可靠性高、测量准确度较高等突出优点，在工业领域中得到了广泛的应用。现在应用较广泛的涡街流量计主要有电容式涡街流量计、压电晶体检测式涡街流量计、超声涡街流量计等。其中压电晶体检测法总体效果较好，但压电晶体对管道的振动较敏感，当流体或管道及管道附近有振动时，就会产生很大的误差。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有涡街流量计对振动敏感的现状，提出一种基于卡曼涡街的流量测量装置。

在管道内部垂直于管道轴线安装横截面为非流线型的前后两个涡街发生体，在后钝体的下游距离后钝体迎流端面0.2D-0.4D(D为管道内直径)之间的测量管段上开有两个对称于测量管段轴线的取压孔，在两取压孔之间接有差压传感器，差压传感器之后接有放大器，放大器之后接有滤波器，再连接触发器，然后连接单片机进行信号处理，显示流量值。

在本实用新型提出的方法中，差压传感器系统独立于涡街发生体并且位于管道外面，便于维修；流体在经过前钝体后形成的涡街，到达后钝体时被强化，通过双钝体组合结构引发漩涡的重叠现象，获得更加稳定、幅值更大的差压信号。从而有效降低涡街流量计的测量下限，增大其测量范围。

本实用新型的有益效果是：

1.采用双钝体作为涡街发生体，通过双钝体组合结构引发漩涡的重叠现象，得到更加稳定、且幅值更大的差压信号。从而有效降低涡街流量计的测量下限，增大其测量范围。

2.差压传感器安装于管道外面，与涡街发生体独立安装，减小了与管道相联系的振动源所带来的干扰。

附图说明

图1是基于卡曼涡街的流量测量装置的结构示意图

图2是本实用新型流量测量装置的涡街发生体横截面示意图

具体实施方式

由流体力学原理可知，将非流线型钝体放在流体中，其轴线与流体流动的方向垂直。当流体经过非流线型钝体时，流体在钝体两侧会交替产生两列漩涡，它们两两间隔，且向着相反的方向旋转，两排漩涡列之间的距离只和钝体的几何尺寸相关，漩涡在过一段时间后消失，此漩涡列即为卡曼涡街。漩涡在脱离钝体时，在钝体表面有环流，其环流变化的频率与漩涡产生的频率相同。

当流体经过钝体产生稳定的涡街时，可得：

其中，f为同一列漩涡产生的频率；V1为钝体两侧流体的平均流速；d为钝体迎流面的有效宽度，当钝体一定时，d为常数；St为斯特劳哈尔数。

可得在一定的速度范围之内，流体的流速与产生涡街的频率成正比，而与流体的粘度、密度、温度等参数无关。即只要通过测量得到流体经过钝体后涡街产生的频率便可得到流体流动的速度。

流体流动的连续性可得：

S₁V₁＝SV (2)

其中，S1为钝体两侧的流通截面积；V1为钝体两侧流体的平均速度；S为管道的流通截面积；V为流体未经过钝体时固有的平均流动速度。

设流通截面比为m，当流体流经截面为圆形的通道时，

当流体流经截面为矩形的通道时，

则

可得

即

管道的内直径D为常数，因此，可得流体体积流量q_v，

令K为仪表系数。

对于给定的涡街流量传感器，其涡街发生体迎流面的有效长度d、管道内直径D、流通截面比m为可以确知的，当流体的雷诺数大于等于104时，S_t为常数，可知，K为常数且已知，即通过测量流体经过钝体后产生稳定涡街的频率，便可测得流体的体积流量。

为了获得更加稳定，幅值更大的涡街信号，本实用新型在管道3内部垂直于管道轴线安装横截面为非流线型的涡街发生体1和涡街发生体2，这样流体在经过涡街发生体1后形成的涡街，到达涡街发生体2时被强化，通过双钝体组合结构引发漩涡的重叠，从而有效降低涡街流量计的测量下限，增大其测量范围。其中涡街发生体1距离测量管段上游的距离为大于等于0.4D(D为管道内直径)，涡街发生体1和涡街发生体2迎流面之间的距离L2为0.7D-0.95D。

在涡街发生体2下游距离涡街发生体2迎流端面的测量管段上选择两个与涡街发生体2对称的取压孔9和取压孔10。取压孔和涡街发生体2迎流面之间的距离L3之间的距离为0.2D-0.4D，取压孔9和取压孔10之间连接差压传感器4。传感器后依次接放大器5，滤波器6、触发器7、单片机8，经信号变换，显示出流量值。

图2为本实用新型流量测量装置的涡街发生体1和涡街发生体2的横截面示意图。

为了产生稳定且强度较强的涡街，使d/D＝0.26-0.3，c/d＝0.1-0.2，b/d＝1-1.5，θ＝15°-65°。

差压传感器4采用Honeywell公司的26PCC压力传感器，其压力测量范围为0-15psi，反应时间为1.0ms，线性度为±0.25％满量程，工作温度为-40℃-85℃，全年漂移±0.5％满量程，输出量程为0-100mV。

放大器5采用AD623放大器，它是一个集成单电源仪表放大器，能在单电源(+3V到+12V)下提供满电源幅度的输出。它允许使用单个增益设置电阻进行增益编程，以得到更好的灵活性。在无外接电阻条件下，AD623被设置为单增益(G＝1)。在外接电阻后，AD623可编程设置增益，增益最高可达1000倍。它有较宽的共模输入范围，且在双电源(2.5至6V)仍能提供优良性能。低功耗，宽电源电压范围，满电源幅度输出，使AD623成为电池供电的理想选择。在低电源电压下工作时，满电源幅度输出级使动态范围达最大。它可以取代分立的仪表放大器设计，且在最小的空间提供很好的线性度，温度稳定性很可靠。

Claims (1)

1.一种基于卡曼涡街的流量测量装置，其特征在于：在测量管段内设有涡街发生体(1)和涡街发生体(2)，在涡街发生体(2)的下游距离涡街发生体(2)迎流面0.2D-0.4D之间的测量管段(3)上开有两个对称于测量管段轴线的取压孔(9)和取压孔(10)，D为管道内直径，在两取压孔之间接有差压传感器(4)，差压传感器(4)之后依次接有放大器(5)、滤波器(6)、触发器(7)、单片机(8)，进行信号处理，显示流量值。