涡街流量计传感器分类及对应流量计介绍

涡街流量计传感器分类及对应流量计介绍
    涡街流量计按传感器的种类分为热敏式(又分为热丝式和热敏电阻式)、电容式、振动体式、应变式、应力式、光电(光纤)式和超声式等几大种类。
    1.热敏式涡街流量计
    热敏式涡街流量计于20世纪60年代末研制成功，是最早出现的一种涡街流量计形式。热敏式涡街流量计包括热丝式涡街流量计和热敏式涡街流量计两种形式。
热丝式涡街流量计的传感器为铂电阻丝，温度系数为正，加热后的铂电阻丝随发生体空腔内流体流动而冷却，其阻值发生变化，通过检测阻值变化可得旋涡频率，图7-9所示为其电路示意图，其中Rt为铂电阻。热丝式涡街流量计采用圆柱发生体，其信号的稳定度不如其他发生体，目前此类涡街流量计已很少使用。

    热敏式涡街流量计的传感器为热敏电阻，温度系数为负，旋涡发生体后排列的交替旋涡作用在加热后的热敏电阻上，成周期冷却而改变阻值，通过检测输出电压的变化而求得旋涡频率。图7-10为其电路示意图，其中Rl和R2为热敏电阻。热敏式涡街流量计采用三角柱发生体。
总之，热敏式涡街流量计在雷诺数较低场合也有较好的计量特性，对管路振动不敏感，但热滞后使得它不适合小口径高速流体的测量，灰尘、脏污附着在热敏元器件上，也会降低其灵敏度。

    2.应变式涡街流量计
    应变式涡街流量计于20世纪70年代中期研制成功，是利用半导体的应变效应、半导体元件的电阻随旋涡升力而变化。通过电桥的放大，再经过运放电路、整形电路，从而测出旋涡频率。
    应变式涡街流量计的仪表系数较高，但要输出较强的预率信号，应变就得足够大。但应变又不可太大，必须远小于应变极限，这样才能保证流量计的寿命。要做到既提高灵敏度，同时延长流量计寿命，这的确很难，因此，应变式涡街流量计通常只用来测量大管径的液体流量。
    3.振动体式涡街流量计
振动体式涡街流量计于20世纪70年代中期研制成功，是应用电磁感应原理，在磁场中导磁体振动产生感应电势，再通过放大和整形来获得输出信号，从而检测流体的流量。工作温度范围很宽，振动休高速振动，易损坏，寿命短，对流体的清洁度要求较高，只能水平安装。适于计量清洁的高温饱和蒸汽和低温液态气体。
振动体式涡街流量计采用“导压法”，如图7-11所示。在旋涡发生体轴向开设圆柱形深孔，孔内放置软磁材料制作的轻质空心小球或圆盘(振动体)，旋涡分离产生的差压推动振动体上下运动，位于振动体上方的电磁传感器检测出旋涡频率。它只适用于清洁度较高的流体(如蒸汽)，可用于极高温(427℃)及极低温(-268℃)的流体，这是其特点。

    4.电容式涡街流量计
电容式涡街流量计于20世纪70年代中期研制成功。其原理为，安装在涡街流量传感器中的电容传感器相当于一个悬臂梁，流体流动时，发生体两侧交替产生旋涡分离，在发生体两侧交替出现压力脉动，引起两侧的两个电容的两个极板间距交替发生改变，从而使两个电容值之值交替变化，通过差分检测电路测出电容变化的频率，从而检测出旋涡的频率。电容式传感器如图7-12所示。

    而当管道有振动时，不管振动是何方向，由振动产生的惯性力同时作用在振动体及电极上，使振动体与电极都在同方向上产生变形，由于设计时保证了振动体与电极的几何结构与尺寸相匹配，使它们的变形量一致，差动信号为零。这就是电容传感器耐振性能好的原因。
    电容式涡街流量计的另一个优点就是耐温性好，高温可至400℃，低温可至-200℃。由于发生体两侧的导压小孔易被固体颗粒式悬浮物堵塞，因此，当介质较脏时不宜选用此类涡街流量计。
5.应力式涡街流量计
应力式涡街流量计于20世纪70年代末期研制成功，是利用压电元件的压电效应和T形发生体实现流量测试。常用的压电材料分为压电晶体和压电陶瓷两大类，由于压电陶瓷具有压电系数大、工艺简单、价格便宜等优点，而成为应力式涡街流量计常用的传感器。应力式涡街流量计结构如图7-13所示。

    它把传感器受到的力以应力形式作用在压电晶体元件上，转换成交变的电荷信号，经电荷放大、滤波、整形后得到旋涡频率信号。压电传感器响应快、信号强、工艺性好、制造成本低、与测量介质不接触、可靠性高。仪表的工作温度范围宽，现场适应性强，可靠性较高，它是目前涡街流量计的主要产品类型。
    主要缺点是它对管道振动较敏感，测量对象有较强的振动时最好不用，另外电磁干扰对它也有影响，须做好电磁屏蔽。
    6.光电(光纤)式涡街流量计
    光电(光纤)式涡街流量计于20世纪80年代中期开始出现，主要分为光电反射式涡街流量计、激光检测式涡街流量计和光纤检测式涡街流量计三类。
    光电反射式涡街流量计的原理是发光二极管发出的光，通过反射镜反射，最后光电二极管接收。旋涡产生的交变压差信号作用到反射镜上，反射角度改变，光电二极管接收到的光信号也随之改变，光电信号变化的频率就是涡街信号的频率。
    激光检测式涡街流量计的原理是激光二极管发出的激光从发生体下游穿过流体，发生体下游的交变旋涡引起激光发生折射，激光最后射向光电二极管，通过快速傅立叶分析仪获得旋涡频率。
    光纤检测式涡街流量计的原理是光纤作为旋涡发生体，流体通过它时，被拉紧的光纤会交替产生旋涡分离现象，光纤振动的频率就是旋涡的频率。
    光电(光纤)式涡街流童计其有灵敏度高、范围度宽、抗电磁于扰能力强等优点，不足之处是怕脏污的介质，对管线振动敏感。
    7.超声涡街流量计
最早出现在20世纪70年代初的是幅度调制式超声祸街流量计，80年代后期出现了相位调制式超声涡街流量计，后者在性能上比前者有明显提高。

    超声式涡街流量计采用尾流法，如图7-14所示。由图可见，在管壁上安装两对超声传感器A1，R1A2，R2，传感器A1，A2发射高频、连续声信号，声波横穿流体传播。当旋涡通过声束时，每一对旋转方向相反的旋涡对声波产生一个周期的调制作用，受调制声波被接收传感器R1，R2转换成电信号，经放大、检波、整形后得旋涡信号。仪表有较高检测灵敏度，下限流速较低，对电磁干扰、振动不敏感，但对温度变化、流场变化敏感。液体中含气泡等杂质对测量影响较大，故仪表适用于温度变化小的气体和含气量微笑的液体流量测量。
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