專利名稱：渦街質(zhì)量流量測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦街質(zhì)量流量測量方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，石油化工、冶金、機(jī)械、輕紡、制藥等工業(yè)領(lǐng)域中，液體、氣體、蒸汽的流量計量用常規(guī)的流量計測量一般只能得到體積流量，質(zhì)量流量往往只能通過體積流量結(jié)合溫度、壓力補(bǔ)償?shù)姆绞降玫?。但是流體的密度與溫度、壓力間關(guān)系是復(fù)雜的非線性關(guān)系，難以用簡單數(shù)學(xué)關(guān)系表示，所以這種補(bǔ)償方法會產(chǎn)生較大的誤差。另外，還有利用渦街發(fā)生原理，采用壓電傳感器和差壓傳感器分別測量流體流經(jīng)渦街發(fā)生體后的壓力降和渦街頻率，得到質(zhì)量流量。但這種方法需要多傳感器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時壓電傳感器抗震性差，在工業(yè)現(xiàn)場使用時難以完全克服震動的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種渦街質(zhì)量流量測量方法。
在渦街流量計的渦街發(fā)生體的上游 處開一取壓孔，在渦街發(fā)生體的下游 內(nèi)開另一取壓孔，用差壓傳感器測量渦街發(fā)生體上、下游的差壓，輸出的差壓信號分兩路，一路取差壓的平均值，得到壓力降ΔP，另一路測量差壓信號的波動頻率f，兩者相除后，再乘上相關(guān)的儀表系數(shù)，可直接得到質(zhì)量流量。
本發(fā)明是對質(zhì)量流量的一種直接測量，結(jié)構(gòu)簡單，無運(yùn)動件，輸出信號僅與流體質(zhì)量流量有關(guān)，而且儀表系數(shù)不受流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度的影響，具有測量準(zhǔn)確度高、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長等特點，可用于氣體、液體和蒸汽的質(zhì)量流量測量。


圖1是渦街質(zhì)量流量測量原理示意圖；圖2是管道中流體流經(jīng)渦街發(fā)生體后沿管道壁的壓力分布圖；圖3是管道中流體流經(jīng)渦街發(fā)生體后壓力波動信號圖；圖4是在直徑為50mm管道中渦街質(zhì)量流量測量相關(guān)儀表系數(shù)曲線圖。
具體實施例方式
在渦街流量計的渦街發(fā)生體的上游 處開一取壓孔，在渦街發(fā)生體的下游 內(nèi)開另一取壓孔，用差壓傳感器測量渦街發(fā)生體上、下游的差壓。輸出的差壓信號分兩路，一路取差壓的平均值，得到壓力降ΔP，另一路測量差壓信號的波動頻率f，兩者相除后，再乘上相關(guān)的儀表系數(shù)，可直接得到質(zhì)量流量。
質(zhì)量流量的測量原理如下如圖1所示，在流體管道中插入一定形狀的渦街發(fā)生體，當(dāng)流體流過發(fā)生體后，在發(fā)生體兩側(cè)會交替產(chǎn)生規(guī)則的旋渦，又稱“渦街”。經(jīng)過推導(dǎo)，渦街頻率f和流體流速v之間滿足下述關(guān)系f=St×vd---(1)]]>式中St為斯特羅哈爾數(shù)，d是渦街發(fā)生體迎流方向的有效寬度。
同時，流體流過發(fā)生體后，在發(fā)生體的上下游會產(chǎn)生壓力降，Δp，Δp‾=12CPρv2---(2)]]>式中CP是壓力系數(shù)，ρ是流體密度。
(1)式除以(2)后得到Δp‾f=CPd2St(ρv)---(3)]]>因為St和CP在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)是常數(shù)，d是渦街發(fā)生體的寬度，也是常數(shù)，所以Δp/f正比于ρv。
質(zhì)量流量Qm的基本方程為Qm＝Aρv (4)式中A為流體管道的截面積。比較(3)式和(4)式，可得Qm=KmΔP‾f---(5)]]>式中，Km為儀表的質(zhì)量流量系數(shù)，即儀表系數(shù)，為常數(shù)，可通過實驗測量得到。
只要測量得到渦街發(fā)生體上下游的差壓信號，從中得到渦街頻率值f和流體流經(jīng)發(fā)生體的壓力降Δp，就可以得到質(zhì)量流量。
利用上述原理測量質(zhì)量流量，在具體實施時，還要考慮差壓信號的取壓位置，以保證質(zhì)量流量的測量精度。不同的取壓位置會得到不同的測量結(jié)果。
經(jīng)過數(shù)值仿真計算，在管道直徑為50mm及不同流速條件下，沿管道壁的壓力分布如圖2所示，渦街發(fā)生體位于x＝0.1mm處。從圖中可見，在渦街發(fā)生體的上游 處，壓力值基本保持恒定，在此位置取壓，可以得到流體流經(jīng)渦街發(fā)生體前的初始壓力信號。當(dāng)流體流過發(fā)生體后，壓力快速下降，在發(fā)生體后 處，壓力降達(dá)到最大，在此位置內(nèi)取壓，能保證足夠的壓力降。在相同流速條件下，不同位置的壓力波動信號計算結(jié)果如圖3所示。在發(fā)生體后 內(nèi)，壓力具有較規(guī)則的波動性，頻率穩(wěn)定，過了 后，壓力的波動性會變得不穩(wěn)定。因此，從測量渦街頻率的角度來看，下游取壓點的位置也應(yīng)在發(fā)生體后 內(nèi)。
對不同管道直徑，不同流體介質(zhì)也進(jìn)行了計算。綜合各種計算結(jié)果，認(rèn)為取壓位置在渦街發(fā)生體的上游 處，及在渦街發(fā)生體的下游 內(nèi)，能保證足夠的壓力降、旋渦的波動性和較好的測量線性度。
按上述測量方法，在直徑為50mm的管道中，以水為介質(zhì)，進(jìn)行實際測量，結(jié)果如圖4所示。由圖可見，質(zhì)量流量與Δp/f具有較好的線性關(guān)系，直線的斜率即為儀表系數(shù)。因此，通過此方法，可方便的測得質(zhì)量流量。
權(quán)利要求
1.一種渦街質(zhì)量流量測量方法，其特征在于在渦街流量計的渦街發(fā)生體的上游 處開一取壓孔，在渦街發(fā)生體的下游 內(nèi)開另一取壓孔，用差壓傳感器測量渦街發(fā)生體上、下游的差壓，輸出的差壓信號分兩路，一路取差壓的平均值，得到壓力降ΔP，另一路測量差壓信號的波動頻率f，兩者相除后，再乘上相關(guān)的儀表系數(shù)，可直接得到質(zhì)量流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦街質(zhì)量流量測量方法，其特征在于所說的上下游取壓位置上游取壓孔與發(fā)生體迎流面的距離為 下游取壓孔與發(fā)生體迎流面的距離應(yīng)小于或等于
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦街質(zhì)量流量測量方法，其特征在于所說的差壓傳感器為單個差壓傳感器，即可實現(xiàn)質(zhì)量流量的測量，差壓傳感器要求具有能測得渦街頻率的動態(tài)響應(yīng)特性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種渦街質(zhì)量流量測量方法。在渦街流量計的渦街發(fā)生體的上游(1/2)D～D處開一取壓孔，在渦街發(fā)生體的下游(1/2)D內(nèi)開另一取壓孔，用差壓傳感器測量渦街發(fā)生體上、下游的差壓，輸出的差壓信號分兩路，一路取差壓的平均值，得到壓力降ΔP，另一路測量差壓信號的波動頻率f，兩者相除后，再乘上相關(guān)的儀表系數(shù)，可直接得到質(zhì)量流量。本發(fā)明是對質(zhì)量流量的一種直接測量，結(jié)構(gòu)簡單，無運(yùn)動件，輸出信號僅與流體質(zhì)量流量有關(guān)，而且儀表系數(shù)不受流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度的影響，具有測量準(zhǔn)確度高、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長等特點，可用于氣體、液體和蒸汽的質(zhì)量流量測量。
文檔編號G01F1/90GK1595072SQ20041002576
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者張宏建, 黃詠梅, 孫志強(qiáng) 申請人:浙江大學(xué)