涡街流量计作为一种常用的流量测量仪表,在工业生产、能源计量等领域有着广泛的应用。它具有结构简单、安装方便、测量精度高、稳定性好等优点。 一、工作原理
基于卡门涡街原理进行工作的。当流体以一定流速流过垂直于流体流向的非流线型物体时,在旋涡发生体的下游两侧会交替产生两列有规则的旋涡,这种旋涡称为卡门涡街。
卡门涡街的形成与流体的雷诺数有关。雷诺数是一个表征流体流动状态的无量纲数,当雷诺数达到一定范围时,卡门涡街才会稳定地形成。在稳定的卡门涡街中,两列旋涡之间的距离(涡街间距)与流体的流速成正比,而旋涡的频率与流体的流速也存在一定的关系。
具体来说,当流体流过旋涡发生体时,由于旋涡发生体的特殊形状,会在其下游产生周期性的漩涡脱落现象。这些漩涡在流体中交替地向两侧移动,形成了一系列规则的涡街。在一定范围内,斯特劳哈尔数近似为常数,因此涡街频率与流体流速成正比。
二、测量原理
通过检测卡门涡街的频率来测量流体的流量。目前,常用的涡街流量计主要有压电式、电容式、光电式等几种类型,它们的测量原理略有不同,但基本思想都是将涡街频率转换为电信号,然后通过信号处理电路对电信号进行处理和分析,得到流体的流量值。
(一)压电式
压电式是利用压电晶体的压电效应来检测涡街频率的。当涡街产生的压力脉动作用在压电晶体上时,压电晶体会产生相应的电荷输出,这个电荷信号与涡街频率成正比。通过对电荷信号进行放大、滤波、整形等处理,得到一个稳定的方波信号,然后根据方波信号的频率计算出流体的流速,再结合管道的截面积等信息,就可以计算出流体的流量。
(二)电容式
电容式是基于电容变化原理来检测涡街频率的。它由两个平行的电极和一个旋涡发生体组成,当涡街产生的压力脉动使电极之间的介质发生变化时,电极之间的电容也会随之变化。通过检测电容的变化信号,并将其转换为电压信号,再经过信号处理电路进行处理,就可以得到涡街频率,进而计算出流体的流量。
(三)光电式
光电式是利用光敏元件来检测涡街频率的。当涡街产生的压力脉动引起流体中颗粒的运动时,这些颗粒会对光线产生散射或遮挡作用,从而使光敏元件接收到的光强发生变化。通过检测光强的变化信号,并将其转换为电信号,再经过信号处理电路进行处理,就可以得到涡街频率,从而计算出流体的流量。
涡街流量计以其工作原理和测量原理,在流量测量领域具有重要的地位。它能够准确地测量各种流体的流量,为工业生产和能源计量提供了可靠的数据支持。