氣體蒸汽流量計原理

氣體蒸汽流量計原理

江蘇奧科儀表有限公司

T：0517-86919886/15261725556   柏經(jīng)理

江蘇奧科儀表有限公司生產(chǎn)的AK-LUGB系列氣體蒸汽流量計主要用于工業(yè)管道中氣體或蒸汽介質(zhì)流體的流量測量。氣體渦街流量計特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。氣體渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的流量儀表。

一、氣體蒸汽流量計原理
在氣體流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦，如右圖所示，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。
設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，即可得到以下關(guān)系式：

　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
式中　　U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；
Sr--斯特勞哈爾數(shù)；
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

　管道內(nèi)體積流量qv為
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)
式中 K--流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。
　　K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見，在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測量氣體流量時，VSF的流量計算式為(4)

圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線

式中 qVn，qV--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；
Pn，P--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；
Tn，T--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn，Z--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。
由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信號應(yīng)同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。

　　氣體渦街流量計便是依據(jù)卡門旋渦原理進(jìn)行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補(bǔ)償即可直接測量氣體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。
　　為提高氣體渦街流量計的耐高溫及抗振動性能，我公司新近開發(fā)出了SKLUG改進(jìn)型渦街流量傳感器，因其獨特的結(jié)構(gòu)和選材使該傳感器可在高溫（350℃）、強(qiáng)振動（≤1g）的惡劣工況下使用。
　　在實際應(yīng)用中，往往zui大流量遠(yuǎn)低于儀表的上限值，隨著負(fù)荷的變化，zui小流量又往往會低于儀表的下限值，儀表并非工作在它的zui佳工作段，為了解決這一問題，通常采用在測量處縮徑提高測量處的流速，并選用較小口徑的儀表以利于儀表的測量，但是這種變徑方式必須在變徑管與儀表間有長度為15D以上的直管段進(jìn)行整流，使加工、安裝都不方便。我公司研制的縱斷面形狀為圓弧的LGZ變徑整流器，具有整流、提高流速及改變流速分布多重作用，其結(jié)構(gòu)尺寸小，僅為工藝管內(nèi)徑的1/3，與蒸汽流量計作成一體，不僅不需要另外附加一段直管段，還可以降低對工藝管直管段的要求，安裝非常方便。

  為了使用方便，電池供電的就地顯示型氣體渦街流量計采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電可不間斷運行一年以上，節(jié)省了電纜和顯示儀表的采購安裝費用，可就地顯示瞬時流量、累積流量等。溫度補(bǔ)償一體型蒸汽流量計帶有溫度、壓力傳感器，用于氣體流量測量可直接測量出氣體介質(zhì)的溫度和壓力，從而顯示氣體的標(biāo)況體積流量。
◆測量介質(zhì)：氣體
◆口徑規(guī)格 法蘭卡裝式口徑選擇DN15~DN300
　　　　　法蘭連接式口徑：DN15～DN300

　　　　　螺紋連接DN15～80
◆流量測量范圍 正常測量流速范圍 雷諾數(shù)1.5×104～4×106；氣體5～50m/s; 液體0.5～7m/s
◆測量精度 1.5級
◆被測介質(zhì)溫度:常溫–25℃～100℃
◆高溫–25℃～150℃ -25℃～250℃
◆輸出信號 脈沖電壓輸出信號 高電平8～10V 低電平0.7～1.3V
◆脈沖占空比約50%,傳輸距離為100m
◆脈沖電流遠(yuǎn)傳信號 4～20 mA,傳輸距離為1000m
◆儀表使用環(huán)境 溫度:-25℃～+55℃ 濕度:5～90% RH50℃
◆材質(zhì) 不銹鋼, 鋁合金
◆電源 DC24V或鋰電池3.6V
◆防爆等級 本安型iaIIbT3-T6
防護(hù)等級 IP65

產(chǎn)品選型