8种涡轮流量计类型产品选购简介

1、分类：
　　涡街流量计可按下述原则分类。
　　按传感器连接方式分为法兰型和夹装型。
　　按检测方式分为热敏式、应力式、电容式、应变式、超声式、振动体式、光电式和光纤式等。
　　按用途分为普通型、防爆型、高温型、耐腐型、低温型、插入式和汽车专用型等。
　　按传感器与转换器组成分为一体型和分离型。
　　按测量原理分为体积流量计、质量流量计。

2、几种类型产品简介：
各类涡街流量计性能比较如表3所示。 
表3 不同检测方法涡街流量计比较 

注∶√-较好、△-一般、×-差。 
　　以下简介几种类型涡街流量计。
 

　　⑴ 应力式涡街流量计

　　如图9所示，应力式涡街流量计应用检测方式1）～4）（见二、2.），它把检测元件受到的升力以应力形式作用在压电晶体元件上，转换成交变的电荷信号，经电荷放大、滤波、整形后得到旋涡频率信号。压电传感器响应快、信号强、工艺性好、制造成本低、与测量介质不接触、可靠性高。仪表的工作温度范围宽，现场适应性强，可靠性较高，它是目前涡街流量计的主要产品类型。 

图9 应力式涡街流量计
1-表头组；2-三角柱；3-表体；4-联轴；5-压板；6-探头；7-密封垫；8-接头；
9-密封垫圈；10-螺栓；11-销；12-铭牌；13-圆螺母；14-支架；15-螺栓 

　　但是，它对管道振动较敏感，是其主要缺点，几年来，生产厂家做了大量工作以弥补此缺陷：如对仪表本身结构，检测位置以及信号处理等采取措施；在管道安装减震方式下功夫；向用户提供选点咨询指导等，已经取得一定的进展，当然如测量对象有较强的振动还是不用为好。

　（2）电容式涡街流量计

　　电容式涡街流量计应用检测方式1）、2），安装在涡街流量传感器中的电容检测元件相当于一个悬臂梁（见图10）。当旋涡产生时，在两侧形成微小的压差，使振动体绕支点产生微小变形，从而导致一个电容间隙减少（电容量增大），另一个电容间隙增大（电容量下降），通过差分电路检测电容差值。当管道有振动时，不管振动是何方向，由振动产生的惯性力同时作用在振动体及电极上，使振动体与电极都在同方向上产生变形，由于设计时保证了振动体与电极的几何结构与尺寸相匹配，使它们的变形量一致，差动信号为零。这就是电容检测元件耐振性能好的原因。虽然由于制造工艺的误差，不可能完全消除振动的影响，但大大提高了耐振性能。试验证明，其耐振性能超过1g。电容式另一个优点是可耐高温达400oC，温度对电容检测元件的影响有两方面：温度使电容间介电常数发生变化和电极的几何尺寸随温度而变，这些导致电容值发生变化，另一方面由于温度升高金属热电子发射造成电容的漏电流增大。试验证明，当温度升高至400oC时无论电容值变化或漏电流增大都未影响仪表的基本性能。 

图10 电容式检测元件 
　　⑶ 热敏式涡街流量计

　　热敏式涡街流量计采用检测方式2）、3），如图11所示。旋涡分离引起局部流速变化，改变热敏电阻阻值，恒流电路把桥路电阻变化转换为交变电压信号。这种仪表检测灵敏度较高，下限流速低，对振动不敏感，可用于清洁、无腐蚀性流体测量。 

图11 热敏式涡街流量计
R11，R12-热敏电阻 
　　⑷ 超声式涡街流量计

　　超声式涡街流量计采用检测方式5），如图12所示。由图可见，在管壁上安装二对超声探头T1，R1，T2，R2，探头T1，T2发射高频、连续声信号，声波横穿流体传播。当旋涡通过声束时，每一对旋转方向相反的旋涡对声波产生一个周期的调制作用，受调制声波被接收探头R1，R2转换成电信号，经放大、检波、整形后得旋涡信号。仪表有较高检测灵敏度，下限流速较低，但温度对声调制有影响，流场变化及液体中含气泡对测量影响较大，故仪表适用于温度变化小的气体和含气量微小的液体流量测量。 

图12 超声式涡街流量传感器 
　　⑸ 振动体式涡街流量计

　　振动体式涡街流量计采用检测方式2），如图13所示。在旋涡发生体轴向开设圆柱形深孔，孔内放置软磁材料制作的轻质空心小球或圆盘（振动体），旋涡分离产生的差压推动振动体上下运动，位于振动体上方的电磁传感器检测出旋涡频率。它只适用于清洁度较高的流体（如蒸汽），可用于极高温（427oC）及极低温（-268oC），这是其特点。 

图13 振动体式涡街流量计 
　　⑹ 升力式涡街质量流量计

　　旋涡分离的同时，旋涡发生体受到流体作用的升力，升力F的大小为
　　　　　　　　　　　　　　F=CLρU2/2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5）
式中 　　CL-旋涡发生体升力系数。
　　以式（5）除以式（1），经整理后可得质量流量qm
　　　　　　　　　　　　　　qm=ρU(π/4)D2=πD2Sr/2CLmd×F/f　　　　　　　　　　　　 （6）
　　由式（6）可看出，质量流量qm与升力F成正比。图14为原理框图。从压电检测元件取出旋涡信号，经电荷转换器后分两路处理：一路经有源滤波器、施密特整形器和f/V转换器，获得与流速成正比的信号；另一路经放大器、滤波器获得信号幅值与ρU2成正比的信号。这两路信号经除法器运算，获得质量流量。 

图14 升力式涡街质量流量计原理框图 
　　该方法结构简单，但信号幅值与压电元件稳定性、放大器稳定性、现场安装条件、被测介质温度等多种因素有关，测量度难以提高。

　　⑺ 差压式涡街质量流量计

　　流体通过旋涡发生体，产生旋涡分离和尾流震荡，部分能量被消耗和转换，在旋涡发生体前后产生压力损失
　　　　△p=CDρU2/2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7）
式中　　 CD-涡街流量传感器阻力系数。
　　以式（7）除式（1），经整理后得质量流量qm
　　　　　　　　　　　　qm=ρU(π/4)D2=(πD2Sr/2mdCD)(△p/f) 　　　　　　　　　　　　（8）
　　图15示为差压式涡街质量流量计原理框图，传感器输出与体积流量成正比的频率，差压单元测出旋涡发生体前后特定位置的差压△P，经计算单元计算，获得质量流量qm。选择阻力特性和流量特性俱佳的旋涡发生体，确定取压孔位置，建立CD的数学模型是技术关键。 

图15 差压式涡街质量流量计 

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