模块八 流量传感器_3（课件）- 《传感器与检测技术（项目教程）》同步教学（西安交大版·2015）

传感器与检测技术项目教程 学习单元一 差压式流量计 学习单元二 电磁流量计 学习单元三 涡轮流量计 学习单元四 涡街流量计 学习单元五 超声波流量计 模块八 流量传感器 学习单元四 涡街流量计 在特定的流动条件下，一部分流体动能可转化为流体振动，其振动频率与流速（流量）有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。涡街流量计是最常用的流体振动流量计，从20世纪60年代末研制成功至今，已跻身为通用流量计之列。 学习单元四 涡街流量计 图8-17 涡街流量测量系统 学习单元四 涡街流量计 涡街流量计的结构与工作原理 一、 涡街流量计的结构 1. 涡街流量计由传感器和转换器两部分组成，如图8-18所示。 图8-18 涡街流量计的结构 学习单元四 涡街流量计 传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D/A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来，智能式流量计还把微处理器、显示、通信及其他功能模块装在转换器内。 学习单元四 涡街流量计 （1）旋涡发生体是检测器的主要部件，它与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损失）密切相关。已经开发出形状繁多的旋涡发生体，可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱，其他形状皆为这些基本形的变形。 学习单元四 涡街流量计 （2）检测元件。涡街流量计检测旋涡信号有以下五种方式： ①用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压。 ②旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压。 ③检测旋涡发生体周围交变环流。 ④检测旋涡发生体背面交变差压。 ⑤检测尾流中的旋涡列。 根据这五种检测方式，采用不同的检测技术（热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等）可以构成不同类型的涡街流量计。 学习单元四 涡街流量计 （3）转换器。检测元件把涡街信号转换成电信号，该信号既微弱又含有不同成分的噪声，必须在转换器中进行放大、滤波、整形等处理才能得到与流量成比例的脉冲信号。图8-19 所示为转换器工作原理。 图8-19 转换器工作原理 （4）仪表表体。仪表表体可分为夹持型和法兰型。 学习单元四 涡街流量计 涡街流量计的工作原理 2. 流体在流动过程中，遇到障碍物会产生回流而形成旋涡。在流体均匀流动的管道中，垂直地插入一个具有非流线型截面的柱体，称为旋涡发生体。当流速高于一定值时，在该旋涡发生体两侧会产生旋转方向相反、交替出现的旋涡列，称之为“卡曼涡街”，如图8-20所示。 图8-20 卡曼涡街 学习单元四 涡街流量计 旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。旋涡产生的频率仅决定于流体的流速u和旋涡发生体的特征尺寸，而与流体的物理参数（如温度、压力、密度、黏度及组成成分）无关。当旋涡发生体的形状和尺寸确定后，可以通过测量旋涡产生频率来测量流体流量。 设旋涡的发生频率为f，被测介质流动的平均速度为u，旋涡发生体迎面宽度为d，管道内径为D，当满足d/D<0.3时，流体的体积流量qV方程式为 式中，St为斯特劳哈尔数，一般工业测量中，圆柱体的St=0.21，三棱柱体的St=0.16。 学习单元四 涡街流量计 涡街流量计的安装使用注意事项 二、 涡街流量计安装使用时应注意以下问题: （1） 流速分布变动及脉动流能的变化带来流场的干扰 ， 如各种阀门、弯头、支管、扩张管等，直接影响旋涡的形成与频率，最终将影响其检测精度。安装时对仪表上下游的直管段有严格要求，一般上游为20D，下游为5D，必要时上游应加装整流片。 （2）工业电磁的干扰会引起传感器输出电压的变化，安装时要合理选择线路的敷设方式，采取相应屏蔽措施，正确选择接地点以减小电磁的干扰。 学习单元四 涡街流量计 （3）管道振动也会对检测带来影响。安装时，要采用支架结构，把压电敏感元件放在振动弯矩的零点上，压电元件将不会受到振动力的影响。也可采用差动传感器来消除振动影响。 （4）被测流体的雷诺数应为2×104~7×1016，如果超过这个范围，斯特劳哈尔数St便不是常数，仪表精度将降低。 （5）流体的流速必须在规定的范围内 ，不同口径有不同的流速要求。如果被测介质为气体，最大流速应小于60 m/s；为蒸气时，应小于70 m/s；为液体时，应小于7 m/s。仪表的下限流速，则根据被测介质的黏度与密度，从仪表的相应曲线或公式中求得。 学习单元四 涡街流量计 思考与练习 问题 涡街流量计的工作原理是怎样的？使用时有哪些注意事项？ 思考： 学习单元五 超声波流量计 超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表。当超声波在流动