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涡街流量计发展原理
发布时间:2024-07-02

涡街流量计发展原理

涡街流量计是一种基于卡门涡街原理而**的流量测量仪表,具有精度高、量程比宽、压力损失小、安装维护方便等优点,被**应用于石油、化工、电力、冶金、环保等行业。

本文将深入浅出地介绍涡街流量计的发展原理、结构组成、优缺点、应用领域以及未来发展趋势,旨在帮助读者更好地理解和应用这一重要的流量测量技术。

一、卡门涡街原理

涡街流量计的工作原理是基于流体力学中的卡门涡街现象。1911年,物理学家西奥多·冯·卡门发现,当流体绕过非流线型物体时,会在物体两侧交替产生一系列旋转方向相反、排列规则的漩涡,这种现象被称为卡门涡街现象。

卡门涡街现象的产生与流体的流动状态、物体的形状和尺寸有关。当雷诺数(Re)在一定范围内时,卡门涡街现象**为明显。雷诺数是表征流体流动状态的无量纲数,其定义为:

Re = ρvd/μ

其中,ρ为流体的密度,v为流体的速度,d为物体的特征尺寸,μ为流体的动力粘度。

卡门发现,涡街的脱落频率f与流体的速度v、物体的特征尺寸d之间存在如下关系:

f = Stv/d

其中,St为斯特劳哈尔数,是与物体的形状有关的无量纲数,对于圆柱体,St约为0.2。

由上式可知,在物体的形状和尺寸确定的情况下,涡街的脱落频率与流体的速度成正比。因此,可以通过测量涡街的脱落频率来间接测量流体的速度,进而计算出流体的流量。

二、涡街流量计的结构组成

涡街流量计主要由涡街发生体、检测元件、信号处理单元和显示仪表等部分组成。

涡街发生体:涡街发生体是涡街流量计的核心部件,其作用是产生规则的卡门涡街。涡街发生体的形状和尺寸经过精心设计,以保证在较宽的流量范围内产生稳定的卡门涡街。常见的涡街发生体形状有梯形、三角形、矩形等。

检测元件:检测元件的作用是感知涡街的脱落并将其转换为电信号。常用的检测元件有压电晶体、电容传感器、热敏电阻等。

信号处理单元:信号处理单元的作用是对检测元件输出的电信号进行放大、滤波、整形等处理,以提取出与流量成正比的脉冲信号。

显示仪表:显示仪表的作用是显示流量、累计流量、温度、压力等参数。

三、涡街流量计的优缺点

优点:

精度高,一般可达±1%~±0.5%。 量程比宽,可达1:20。 压力损失小,约为孔板流量计的1/4~1/8。 安装维护方便,无需对管道进行开孔,可在线校验。 适用介质**,可测量液体、气体和蒸汽。

缺点:

对安装条件要求较高,需要保证管道内流体的流动状态良好。 不适用于低雷诺数和高粘度流体的测量。 价格相对较高。

四、涡街流量计的应用领域

涡街流量计**应用于以下领域:

石油化工:测量原油、天然气、成品油、化工原料等的流量。 电力:测量蒸汽、水、压缩空气等的流量。 冶金:测量高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等的流量。 环保:测量烟气、废水、废气的流量。 食品医药:测量各种液体和气体的流量。

五、涡街流量计的发展趋势

随着科技的进步和应用需求的不断提高,涡街流量计正朝着以下方向发展:

智能化:将传感器技术、微电子技术和智能化技术相结合,开发具有自诊断、自校准、自适应功能的智能化涡街流量计。

一体化:将传感器、信号处理单元、显示仪表等集成在一起,形成一体化涡街流量计,以简化安装和维护。

多参数测量:开发能够同时测量流量、温度、压力等多个参数的涡街流量计,以满足用户的多元化需求。

无线传输:采用无线传输技术,实现流量数据的远程采集和监控,以提高工作效率和降低成本。

总之,涡街流量计是一种精度高、性能可靠的流量测量仪表,随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,其应用前景将更加广阔。

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