專利名稱：渦街式氣液兩相流流量與組份測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣液兩相流流量與組份的測量裝置。
所謂氣液兩相流是指同時存在氣、液兩種相態(tài)的物質(zhì)的流動。由于氣液兩相流中兩相之間存在著界面效應(yīng)和相對速度，相界面在時間和空間上都是隨機(jī)可變的，致使其流動特性遠(yuǎn)比單相流復(fù)雜，特征參數(shù)也比單相流要多。氣液兩相流的流量與組份是氣液兩相流中的重要參數(shù)，對它們的測量也叫氣液兩相流的雙參數(shù)測量。
由于氣液兩相流在自然界和工業(yè)過程中廣泛存在著，對其參數(shù)的檢測技術(shù)已經(jīng)引起科技界和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。并已成為當(dāng)今測試技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點和難點之一。人們已經(jīng)做了大量工作，采用的技術(shù)路線大體可歸為三大類1.采用傳統(tǒng)的單相流儀表和多相流測試模型組合方法；2.應(yīng)用現(xiàn)代新技術(shù)；3.在成熟的硬件基礎(chǔ)上以計算機(jī)技術(shù)為支撐平臺，應(yīng)用基于軟測量技術(shù)的軟測量方法。應(yīng)用現(xiàn)代新技術(shù)方法測量，具有非接觸性，精度高，但是裝置比較復(fù)雜，價格昂貴，使用條件要求高，對測量現(xiàn)場要求苛刻，在工業(yè)現(xiàn)場在線應(yīng)用會遇到許多困難。對于軟技術(shù)測量方法的研究目前還處于起步階段，它必須要有成熟的硬件支持，其設(shè)備價格也比較需貴，而且精度不高，適用范圍較小。把成熟的單相流儀表應(yīng)用到氣液兩相流參數(shù)的測量中去，一直是人們努力研究的方向之一。目前，采用單相流儀表測量氣液兩相流的雙參數(shù)，均需要兩個測量元件。例如，射線密度計與靶式流量計的組合(1.Anderson J.L.and Fincke J.R.Mass flow Measurement in air/water mixtures using devices and gamma densitome-ter.ISA Trana，1980，19(1)，19(1)37-48。2.Han K-FF-L，Banerjrr S.Mea-surement of mass flux in two-phase flow using Combination of pitot tubes and gam-ma densitometer.AICHE J.1981，27177-184.)，孔板與均速管的組合(3.付豐，利用孔板及均速管進(jìn)行氣(汽)液雙相流雙參數(shù)測量的研究，[博士論文]，上海機(jī)械學(xué)院，1990)，雙孔板組合(林宗虎編著，氣液固多相流測量，北京，中國計量出版社，1988)。這種測量計算仍然比較復(fù)雜。
本實用新型的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、只需使用一個測量元件即可同時對氣液兩相流流量與組份進(jìn)行測量的裝置。
本實用新型設(shè)計的氣液兩相流流量與組份的測量裝置，由渦街發(fā)生體、壓力傳感器、壓電旋渦檢測器、壓力信號處理器、旋渦信號處理器及單片機(jī)經(jīng)電路連接構(gòu)成。其中，渦街發(fā)生體置于氣液兩相流中，當(dāng)兩相流體流過渦街發(fā)生體時，在其后部會產(chǎn)生渦街，同時，渦街發(fā)生體的迎流面還受到流體對它的沖擊力。壓力傳感器安裝于渦街發(fā)生體的迎流面上，用于檢測流體對渦街發(fā)生體的沖擊力FDm。壓力信號處理器與壓力傳感器連接，用于接收、處理壓力傳感器檢測到的FDm。壓電旋渦檢測器設(shè)置于渦街發(fā)生體的后面，用于檢測所產(chǎn)生的渦街的頻率ft。旋渦信號處理器與壓電旋渦檢測器連接，用于接收、處理壓電旋渦檢測器檢測到的ft。壓力信號處理器和旋渦信號處理器分別與單片機(jī)連接，單片機(jī)對上述信號進(jìn)行計算處理，即可得到氣液兩相流的流量和組份兩個參數(shù)。
本實用新型設(shè)計的測量裝置只用了一個測量元件，即渦街發(fā)生體。為了測量和計算的方便，并確保測量的精度，渦街發(fā)生體采用準(zhǔn)三角形柱體。該準(zhǔn)三角形柱體的大小尺寸與被測量的氣液兩相流所在的管徑大小相互匹配。
上述渦街發(fā)生體為準(zhǔn)三角形柱體，其具體可采用如下結(jié)構(gòu)形式設(shè)有橫截面為等腰三角形的直棱柱體，其頂角被與底邊平行的刀削去一小塊，形成一上底b和總高h(yuǎn)，兩底角被與對稱軸平行的刀削去一小塊，形成二邊高c，和一下底w。這樣，該柱體的截面為一個類似于等腰三角形的軸對稱的六邊形(如

圖1所示)。由于頂角和底角被削去的部分占整個等腰三角形面積的比例很小。因此，我們稱其為準(zhǔn)三角形柱體。一般地，上底b和下底w之比值為0.1-0.3，總高h(yuǎn)與底邊w之比值為0.8-1.5，邊高c與底邊w之比值為0.05-0.2。柱體的下底面積記為A(等于W×L，L為柱體長度)，由于下底面對著氣液流的流入方向，我們稱之為迎流面。
本裝置中，渦街式氣液兩相流的流量與組份測量的基本算式如下FDm=CDm12ρmum2A---(1)]]>St=ftWAQm----(2)]]>其中，F(xiàn)Dm渦街發(fā)生體的迎流面受的沖擊力；CDm平均阻力系數(shù)，ρm氣液兩相混合物密度(kg/m2)，um氣液兩相混合流速度(m/s)，A渦街發(fā)生體迎流面面積(m2)，St氣液兩相斯托拉赫數(shù)，ft兩相渦街頻率(Hz)，W迎流面寬度，Qm混合流流量。
在給定渦街發(fā)生體形狀及規(guī)格的條件下，St和CDm可經(jīng)統(tǒng)計計算獲得。因此，本裝置只要測出迎流面上受到的沖擊力FDm和渦街的頻率ft，即可由上式算出氣液兩相混合流的流量Qm和組份ρm，而此簡單計算由單片機(jī)實現(xiàn)。
本實用新型實現(xiàn)了只用一個測量元件同時測出氣液兩相流的流量和組份兩個參數(shù)，其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。而且，裝置無可動部件，工作可靠，能直接輸出電信號，處理比較方便，測量精度高。本裝置對于環(huán)境條件要求寬松，適合于工業(yè)現(xiàn)場的在線檢測。
附圖1為渦街發(fā)生體橫截面圖形。
附圖2為本裝置結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標(biāo)號；1壓電旋渦檢測器，2渦街發(fā)生體，3壓力傳感器，4管壁，5旋渦信號處理器，6單片機(jī)，7壓力信號處理器。
實施例對應(yīng)于直徑為25mm的氣液兩相流管道，渦街發(fā)生體2采用準(zhǔn)三角形柱體，其下底寬度W＝7mm，長度L＝24mm，高h(yuǎn)＝9.2mm，上底寬度b＝1.5mm，邊高c＝0.8mm。壓力傳感器3采用半導(dǎo)體硅壓力傳感器，旋渦檢測器1采用常規(guī)的元件，旋渦信號處理器5和壓力信號處理器7采用常規(guī)電路，并與單片機(jī)6進(jìn)行電路連接，即得所需的氣液兩相流的流量和組份的測量裝置。
權(quán)利要求1.一種測量氣液兩相流流量和組份的裝置，由渦街發(fā)生體、壓力傳感器、壓電旋渦檢測器、壓力信號處理器、旋渦信號處理器及單片機(jī)經(jīng)電路連接構(gòu)成，其特征在于渦街發(fā)生體為準(zhǔn)三角形柱體，其大小尺寸與管徑大小匹配；壓力傳感器設(shè)置于渦街發(fā)生體的迎流面上，并與壓力信號處理器連接；壓電旋渦檢測器設(shè)置于渦街發(fā)生體的后面，并與旋渦信號檢測器連接；壓力信號處理器與旋渦信號處理器分別與單片機(jī)連接，單片機(jī)對接收到信號進(jìn)行計算處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量氣液兩相流流量和組份的裝置，其特征在于渦街發(fā)生體的橫截面為一個類似于等腰三角形的軸對稱六邊形，其上底b與下底w之比值為0.1-0.3，總高h(yuǎn)與下底w之比值為0.8-1.5，邊高c與下底w之比值為0.05-0.2。
專利摘要本實用新型涉及一種氣液兩相流的流量與組份的測量裝置。它由渦街發(fā)生體、壓力傳感器、旋渦檢測器、壓力信號處理器、旋渦信號處理器及單片機(jī)經(jīng)電路連接構(gòu)成,渦街發(fā)生體置于氣液兩相流中用于產(chǎn)生渦街。壓力傳感器安裝于渦街發(fā)生體的迎流面上,旋渦檢測器安置于渦街發(fā)生體的后面。本裝置只需一個測量元件實現(xiàn)了對氣液兩相流的雙參數(shù)測量,其結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,精度高。對環(huán)境條件要求寬松,可適合于工業(yè)現(xiàn)場在線檢測。
文檔編號G01D21/02GK2405187SQ9923933
公開日2000年11月8日 申請日期1999年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月17日
發(fā)明者李永光 申請人:上海電力學(xué)院