涡街质量流量测量方法.pdf

本发明公开了一种涡街质量流量测量方法。在涡街流量计的涡街发生体的上游(1/2)D～D处开一取压孔，在涡街发生体的下游(1/2)D内开另一取压孔，用差压传感器测量涡街发生体上、下游的差压，输出的差压信号分两路，一路取差压的平均值，得到压力降ΔP，另一路测量差压信号的波动频率f，两者相除后，再乘上相关的仪表系数，可直接得到质量流量。本发明是对质量流量的一种直接测量，结构简单，无运动件，输出信号仅与流体质量流量有关，而且仪表系数不受流体的温度、压力、成分、粘度和密度的影响，具有测量准确度高、应用范围广、使用寿命长等特点，可用于气体、液体和蒸汽的质量流量测量。

1、  一种涡街质量流量测量方法，其特征在于：在涡街流量计的涡街发生体的上游处开一取压孔，在涡街发生体的下游内开另一取压孔，用差压传感器测量涡街发生体上、下游的差压，输出的差压信号分两路，一路取差压的平均值，得到压力降ΔP，另一路测量差压信号的波动频率f，两者相除后，再乘上相关的仪表系数，可直接得到质量流量。

2、  根据权利要求1所述的一种涡街质量流量测量方法，其特征在于：所说的上下游取压位置：上游取压孔与发生体迎流面的距离为下游取压孔与发生体迎流面的距离应小于或等于

3、  根据权利要求1所述的一种涡街质量流量测量方法，其特征在于：所说的差压传感器为单个差压传感器，即可实现质量流量的测量，差压传感器要求具有能测得涡街频率的动态响应特性。

涡街质量流量测量方法
                          技术领域
本发明涉及一种涡街质量流量测量方法。
                          背景技术
在现有技术中，石油化工、冶金、机械、轻纺、制药等工业领域中，液体、气体、蒸汽的流量计量用常规的流量计测量一般只能得到体积流量，质量流量往往只能通过体积流量结合温度、压力补偿的方式得到。但是流体的密度与温度、压力间关系是复杂的非线性关系，难以用简单数学关系表示，所以这种补偿方法会产生较大的误差。另外，还有利用涡街发生原理，采用压电传感器和差压传感器分别测量流体流经涡街发生体后的压力降和涡街频率，得到质量流量。但这种方法需要多传感器，结构复杂，同时压电传感器抗震性差，在工业现场使用时难以完全克服震动的影响。
                          发明内容
本发明的目的是提供一种涡街质量流量测量方法。
在涡街流量计地涡街发生体的上游处开一取压孔，在涡街发生体的下游内开另一取压孔，用差压传感器测量涡街发生体上、下游的差压，输出的差压信号分两路，一路取差压的平均值，得到压力降ΔP，另一路测量差压信号的波动频率f，两者相除后，再乘上相关的仪表系数，可直接得到质量流量。
本发明是对质量流量的一种直接测量，结构简单，无运动件，输出信号仅与流体质量流量有关，而且仪表系数不受流体的温度、压力、成分、粘度和密度的影响，具有测量准确度高、应用范围广、使用寿命长等特点，可用于气体、液体和蒸汽的质量流量测量。
                            附图说明
图1是涡街质量流量测量原理示意图；
图2是管道中流体流经涡街发生体后沿管道壁的压力分布图；
图3是管道中流体流经涡街发生体后压力波动信号图；
图4是在直径为50mm管道中涡街质量流量测量相关仪表系数曲线图。
                          具体实施方式
在涡街流量计的涡街发生体的上游处开一取压孔，在涡街发生体的下游内开另一取压孔，用差压传感器测量涡街发生体上、下游的差压。输出的差压信号分两路，一路取差压的平均值，得到压力降ΔP，另一路测量差压信号的波动频率f，两者相除后，再乘上相关的仪表系数，可直接得到质量流量。
质量流量的测量原理如下：
如图1所示，在流体管道中插入一定形状的涡街发生体，当流体流过发生体后，在发生体两侧会交替产生规则的旋涡，又称“涡街”。经过推导，涡街频率f和流体流速v之间满足下述关系：
f = S t × v d - - - ( 1 ) ]]>
式中S_t为斯特罗哈尔数，d是涡街发生体迎流方向的有效宽度。
同时，流体流过发生体后，在发生体的上下游会产生压力降，Δp，
Δp ‾ = 1 2 C P ρv 2 - - - ( 2 ) ]]>
式中C_P是压力系数，ρ是流体密度。
(1)式除以(2)后得到：
Δp ‾ f = C P d 2 St ( ρv ) - - - ( 3 ) ]]>
因为St和C_P在一定的雷诺数范围内是常数，d是涡街发生体的宽度，也是常数，所以Δp/f正比于ρv。
质量流量Q_m的基本方程为：
Q_m＝Aρv                              (4)
式中A为流体管道的截面积。比较(3)式和(4)式，可得：
Q m = K m ΔP ‾ f - - - ( 5 ) ]]>
式中，K_m为仪表的质量流量系数，即仪表系数，为常数，可通过实验测量得到。
只要测量得到涡街发生体上下游的差压信号，从中得到涡街频率值f和流体流经发生体的压力降Δp，就可以得到质量流量。
利用上述原理测量质量流量，在具体实施时，还要考虑差压信号的取压位置，以保证质量流量的测量精度。不同的取压位置会得到不同的测量结果。
经过数值仿真计算，在管道直径为50mm及不同流速条件下，沿管道壁的压力分布如图2所示，涡街发生体位于x＝0.1mm处。从图中可见，在涡街发生体的上游处，压力值基本保持恒定，在此位置取压，可以得到流体流经涡街发生体前的初始压力信号。当流体流过发生体后，压力快速下降，在发生体后处，压力降达到最大，在此位置内取压，能保证足够的压力降。在相同流速条件下，不同位置的压力波动信号计算结果如图3所示。在发生体后内，压力具有较规则的波动性，频率稳定，过了后，压力的波动性会变得不稳定。因此，从测量涡街频率的角度来看，下游取压点的位置也应在发生体后内。
对不同管道直径，不同流体介质也进行了计算。综合各种计算结果，认为取压位置在涡街发生体的上游处，及在涡街发生体的下游内，能保证足够的压力降、旋涡的波动性和较好的测量线性度。
按上述测量方法，在直径为50mm的管道中，以水为介质，进行实际测量，结果如图4所示。由图可见，质量流量与Δp/f具有较好的线性关系，直线的斜率即为仪表系数。因此，通过此方法，可方便的测得质量流量。