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渦街信號檢測方式和要求
關鍵字：渦街流量計 日期：2012-10-31 20:01:40
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一、渦街信號的檢測方式
盡管已商品化的渦街流量計產品，采用了多種檢測技術，但檢測原理都是以上述五種現象為基礎。其檢測方式大致可歸
納為五種[3]。
1．發生體內設置檢測元件，直接檢測壓力脈動的方式（以下簡稱方式一）
旋渦分離引起發生體兩側壓力脈動，這種脈動壓力以升力的形式作用到發生體上。在發生體內裝設的電容式、壓阻式、
應力式、應變式等力敏檢測元件就可檢測出壓力脈動的頻率和幅值。
這種檢測結構堅固，適用于工業測量。但從式(4 - 15)和式(5 -1)可看出，作用力與速度平方成正比。如果渦街流量計的
范圍度為10：1，即流速變化10倍，則力的變化為100倍，這樣在檢測靈敏度與流量的范圍度之間就存在矛盾，即用于高流速、
強交變力作用的檢測元件，在低流速時其靈敏度是否能滿足使用要求，這是應該關注的問題。
2．發生體上開設測量孔和導壓孔，檢測發生體兩側壓差的方式（以下簡稱方式二）
這種檢測方式又有兩種實施方法：
(1)在發生體的軸向'打 一個有一定深度并可容納檢測元件的測量孔。在測量孔底部的位置從發生體的兩側再打兩個導壓
孔，導壓孔與測量孑L垂直相通，把發生體兩側的交變差壓導人測量孔，作用到檢測元件上。見圖(a)o
(2)在發生體兩側開導壓孔，并把交變差壓直接引出測量管外，進行信號測量。如圖(b)和(c)所示。
采用導壓孑L把交變差壓信號引入測量孔的方式，有利于提高檢測信號的信噪比，測量管內的流動噪聲通過導壓孑L的“過
濾”，被有效衰減。特別是圖(b)交變差壓信號引到流管外，不僅減小了噪聲影響，也給信號檢測創造了良好的條件。
如果測量的是高溫流體，通過引壓管的冷卻作用，降低了溫度，有效地減小了高溫對檢測元件的損害作用。
3．檢測發生體周圍交變環流的方式（以下簡稱方式三）
隨旋渦交替分離而產生的交變環流，改變了發生體周圍的局部流速。采用測量元件，例如用熱敏元件的阻值變化或超聲
波束被調制的效應，測量旋渦的頻率都是行之有效的方法。這種檢測方式有較高的靈敏度，適用于測量范圍較寬的流體，特
別是低壓氣體的流量測量。
4．檢測發生體背面交變差壓的方式（以下簡稱方式四）
在發生體背面選擇交變差壓信號較強烈、噪聲較小的測量位置安裝熱敏、應力、應變、超聲等檢測元件，測量渦街信號。
既可獲得信噪比較高的信號，又可避開流體中臟物對檢測元件的損害和附著，提高了檢測元件的壽命。
5．檢測振蕩尾流中的旋渦列的方式（以下簡稱方式五）
檢測元件安裝在發生體的下游，檢測振蕩尾流中的旋渦頻率，也是應用較多的檢測方式。已商品化的渦街流量計產品中，
應用超聲、應力、應變、熱敏、磁電等檢測元件的產品為數不少。這種檢測方式結構簡單，較容易實現。發生體和檢測元件
相互獨立，維護方便。檢測元件位于發生體的下游，由于前面的發生體的保護作用，而不易直接受到流體中夾雜的固體的沖
擊與傷害。這種檢測方式的缺點是振蕩尾流中的噪聲成分比較復雜，有許多影響主旋渦穩定的子旋渦、流體流動噪聲、低頻
擺動等干擾信號。要有效地檢測主旋渦信號，合理選擇檢測元件的位置、尺寸、插入深度等參數至關重要。對渦街信號檢測元件的要求
1．渦街信號的特點
渦街流量計測量的主變量是旋渦的頻率，只有當流體流動的雷諾數超過一定值以后，才能形成穩定的卡曼渦街，交替分
離的旋渦才是所要檢測的信號。因此不管用哪種檢測方式和哪種檢測技術，都是進行動態檢測。
不同測量管徑，不同幾何參數的發生體，不同的流體和不同的流量范圍，旋渦的頻率是不同的。以三角柱發生體為例，
它的斯特勞哈爾數為0.16，β=0.28，如果所測量液體的最低流速為0.3m/s。測量氣體的最高流速為50m/s。再假設渦街流量
計的管徑為15~ 300mm。那么，如用300mm口徑渦街流量計測量液體，在最低流速0.3m/s時，用式(3-4)就可以計算出旋渦
的頻率為0.89Hz。如用口徑15mm渦街流量計，測量氣體流量，最高流速時旋渦的頻率則為2960Hz。由此可見，渦街信號的頻
率范圍還是比較寬的。
旋渦信號值值變化很大。由上述可知，旋渦信號幅值與流速平方成正比，對于一臺范圍度為10:1的渦街流量計來說，信
號幅值的大小為100：1。如果范圍度為30:1，則信號幅值大小為900:1。
渦街流量計安裝在工業管路系統中，由于上游阻力件（閥門、彎管、T型支管）、動力設備（風機、水泵、空壓機）、流體
中的攜帶物（固體顆粒、氣泡等）的影響和旋渦分離過程中產生的子旋渦的干擾，使渦街信號的成分變得很復雜。
2．對檢測元件的要求
根據渦街信號的特點及渦街流量計測量對象的多樣性，在設計、制造檢測元件時，應考慮以下幾方面的要求：
(1)有較寬的動態工作范圍和較快的響應速度；
(2)既要有較高的檢測靈敏度，滿足低密度、低流速、低雷諾數狀態下微弱信號的檢測，又要有較強的抗過載的能力，
能承受高靜壓、高流速下的過載與流體沖擊；
(3)檢測元件的穩定性要好，能長期連續工作，在儀表的壽命期限內性能保持基本不變，滿足測量要求；
(4)能滿足渦街流量計測量介質的多樣性要求，既可測量液體，也可測量氣體和蒸汽；
(5)能適應多變的測量環境（高溫、低溫、高濕、腐蝕、強振動、強電磁干擾）；
(6)復現性和互換性好；
(7)體積小，形狀可塑性好，能配合旋渦發生體的形狀和尺寸，安裝在旋渦信號最強而噪聲又小的位置，不會因為安裝
了檢測元件，而影響旋渦的穩定性，更不會對渦街流量計的流量特性造成影響；
(8)便于安裝與拆卸，最好可在不斷流的情況下更換；
(9)造價合理，適合批量生產要求。 |
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