《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 3-23渦街流量計

渦街流量計渦街流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，外觀如圖1所示。圖1渦街流量計外觀在流動的流體中放置一根其軸與流向垂直的、有對稱形狀的非流線形狀柱體（如圓柱、三角柱等），該柱體稱為旋渦發(fā)生體。當流體繞過旋渦發(fā)生體時，出現(xiàn)了附面層分離，在旋渦發(fā)生體下游產(chǎn)生兩列不對稱、但有規(guī)律的旋渦列，這就是卡門渦街（REF_Ref14945\h圖2）。圓柱體（b）三角柱體圖2等邊三角形體的渦街發(fā)生情況經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當兩旋渦列之間的距離h和同列的兩個旋渦之間的距離L滿足h/l=0.281時，所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。此時旋渦的分離頻率f與旋渦發(fā)生體處流體平均流速u1及柱寬d f=Sru1d式中的Sr為斯特勞哈爾數(shù)（Strouhal），它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)。在雷諾數(shù)ReD為3×102～2×105范圍內(nèi)，Sr是個常量。對于三角柱旋渦發(fā)生體，Sr=0.16；對于圓柱旋渦發(fā)生體，渦街流量計，由于管道內(nèi)插有旋渦發(fā)生體，所以旋渦發(fā)生體處的平均流速u1與管道的平均流速u不同。根據(jù)連續(xù)性方程，將旋渦發(fā)生體處的平均流速u1換算為管道的平均流速u。當d/D<0.3（D為管道內(nèi)徑）時，可以得到圓管中旋渦發(fā)生頻率f與管內(nèi)平均流速 f=Sr1-1.25d由此可以得到流過管道的體積流量qV qV=πD2由REF_Ref22175\h式（3）可知，流量qV與旋渦發(fā)生頻率f在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，因此也將這種流量計稱為線性流量計。旋渦發(fā)生體形狀不同，測量旋渦發(fā)生頻率f所采用的檢測元件及方法也不一樣。常用的檢測方法有熱敏式、超聲式、應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、光電式和電磁式等幾種。REF_Ref1210\h圖3為用熱敏電阻作為檢出元件的三角柱渦街流量計的原理圖。在三角柱的迎流面中間對稱地嵌入兩個熱敏電阻，因三角柱表面涂有陶瓷層，所以熱敏電阻與柱體是絕緣的。在熱敏電阻中通以恒定電流，使其溫度在流體靜止的情況下，比被測流體高10℃左右。在三角柱兩側(cè)未發(fā)生旋渦時，兩只熱敏電阻溫度一致，阻值相等。當三角柱兩側(cè)交替發(fā)生旋渦時，在發(fā)生旋渦的一側(cè)因旋渦耗損能量，流速低于未發(fā)生旋渦的另一側(cè)，其換熱條件變差，故這一側(cè)熱敏電阻溫度升高，阻值變小。用這兩個熱敏電阻作為電橋的相鄰臂，電橋?qū)蔷€上便輸出一列與旋渦發(fā)生頻率相對應(yīng)的電脈沖，經(jīng)放大、整形后得到與流量相應(yīng)的脈沖數(shù)字輸出，或用轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。圖3三角柱渦街流量計原理圖渦街流量計轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路等。渦街流量計在選用時，要使測量的流量與流量計的測量范圍相符合。測量介質(zhì)溫度變化時，應(yīng)對流量公式進行修正。管內(nèi)流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流等對卡門渦街的穩(wěn)定分離有影響，為保證測量的正確，應(yīng)提供必要的上、下游直管段。一般情況下，渦街流量計上游側(cè)應(yīng)有（20～40）D（變送器公稱直徑）的直管段，下游側(cè)需不小于5D的直管段；流量計兩側(cè)的管路應(yīng)用減振架加以固定，以減小管路振動噪聲的影響。當需要測量流體的壓力、溫度時，測壓孔的位置應(yīng)設(shè)在流量計下游（4～5）D處，測溫孔的位置應(yīng)設(shè)在流量計下游（6～8）D處。渦街流量計可以水平、垂直或任意角度安裝。測液體時若垂直安裝，流體應(yīng)自下而上流動。安裝旋渦發(fā)生體時，應(yīng)使其軸線與管道軸線相互垂直。渦街流量計量程比較寬（線性測量范圍寬達30﹕1），結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，檢測元件