淺談渦街流量計與孔板流量計的區(qū)別

       淺談渦街流量計與孔板流量計的區(qū)別
       渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體，流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。孔板節(jié)流裝置由于結(jié)構(gòu)簡單，造價低、可靠等優(yōu)點，它幾乎適用于所有介質(zhì)測量，而與之配套的差壓變送器發(fā)展迅速，使其本身具有的不足得以彌補(bǔ)。本文就我多年的工作經(jīng)驗總結(jié)出渦街流量計和孔板流量計的區(qū)別。
        一、渦街流量計與孔板流量計目前的技術(shù)水平
        渦街流量主的基本結(jié)構(gòu)由渦街發(fā)生體、檢測元件、信號處理放大電路組成，目前對于渦街發(fā)生體的研究已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，以三角型發(fā)生體為型體，檢測元件有熱敏電阻、應(yīng)變片、壓電晶體、差動電容、超聲波等。信號處理部分有許多已微機(jī)化。目前，孔板流量計的技術(shù)發(fā)展水平仍以確定的經(jīng)驗公式為基礎(chǔ)，1980年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將R541與R781兩個標(biāo)準(zhǔn)合并成標(biāo)準(zhǔn)ISO5167（1980）。
        二、工作原理
        渦街流量計是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示：F＝Stv／d式中：f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m；St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，它的數(shù)值范圍為0.14～0.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。當(dāng)雷諾數(shù)Re在102～105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102～105，旋渦頻率f＝0.2v/d。由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。這些交替變化的旋渦就形成了一系列交替變化的負(fù)壓力，該壓力作用在檢測探頭上，便產(chǎn)生一系列交變電信號，經(jīng)過前置放大器轉(zhuǎn)換、整形、放大處理后，輸出與旋渦同步成正比的脈沖頻率信號或標(biāo)準(zhǔn)信號。
        孔板流量計是充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，流速將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續(xù)性定律為基準(zhǔn)的。渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，但其發(fā)展迅速，目前已成為通用的一類流量計。
        1、優(yōu)點
       （1）渦街流量計無可動部件，測量元件結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，使用壽命長。
       （2）渦街流量計測量范圍寬。量程比一般能達(dá)到1:10。
       （3）渦街流量計的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數(shù)的影響。一般不需單獨標(biāo)定。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。
       （4）它造成的壓力損失小。
       （5）準(zhǔn)確度較高，重復(fù)性為0.5%，且維護(hù)量小。一次元件的流量特性對控制系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。由于渦街的輸出頻率與流量成線性關(guān)系，當(dāng)它與調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)器級成一個控制系統(tǒng)時，相當(dāng)于一個時滯和時間常數(shù)都小到可忽略的一個滯后環(huán)節(jié)，可視為比例環(huán)節(jié)，廣義對象的特性*取決于回路中其他環(huán)節(jié)，對控制系統(tǒng)幾無影響。
        2、缺點
       （1）渦街流量計工作狀態(tài)下的體積流量不受被測流體溫度、壓力、密度等熱工參數(shù)的影響，但液體或蒸汽的最終測量結(jié)果應(yīng)是質(zhì)量流量，對于氣體，最終測量結(jié)果應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)體積流量。質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)體積流量都必須通過流體密度進(jìn)行換算，必須考慮流體工況變化引起的流體密度變化。
       （2）造成流量測量誤差的因素主要有：管道流速不均造成的測量誤差；不能準(zhǔn)確確定流體工況變化時的介質(zhì)密度；將濕飽和蒸汽假設(shè)成干飽和蒸汽進(jìn)行測量。這些誤差如果不加以限制或消除，渦街流量計的總測量誤差會很大。
       （3）抗振性能差。外來振動會使渦街流量計產(chǎn)生測量誤差，甚至不能正常工作。通道流體高流速沖擊會使渦街發(fā)生體的懸臂產(chǎn)生附加振動，使測量精度降低。大管徑影響更為明顯。
       （4）對測量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差。渦街流量計的發(fā)生體極易被介質(zhì)臟污或被污物纏繞，改變幾何體尺寸，對測量精度造成極大影響。
       （5）直管段要求高。專家指出，渦街流量計直管段一定要保證前40D后20D，才能滿足測量要求。
       （6）耐溫性能差。渦街流量計一般只能測量300℃以下介質(zhì)的流體流量。
        三、孔板流量計
        1、優(yōu)點
       （1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件是通用的，并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可，無需實流校準(zhǔn)，即可投用，在流量計中亦是的。
       （2）結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉。
       （3）應(yīng)用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)（溫度、壓力）皆有產(chǎn)品。
       （4）檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn)，便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
        2、缺點
       （1）測量的重復(fù)性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于它的輸出與流量成線性關(guān)系，回路增益隨著流量而變化，雖然利用調(diào)節(jié)閥的流量特性來補(bǔ)償廣義對象的線性影響，但效果并不明顯，因此，必須引入開方器，開方器的引入雖然使廣義對象的特性不隨工作點而變化，明顯改變了調(diào)節(jié)品質(zhì)，但在小流量時反應(yīng)快、靈敏、容易引起系統(tǒng)，調(diào)節(jié)誤差增大，精確度難于提高。
       （2）范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，一般范圍度僅3:1～4:1。
       （3）有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；
       （4）壓力損失大。通常為維持一臺孔板流量計正常運行，水泵需要附加動力克服孔板的壓力損失。該附加耗電量可直接由壓力損失和流量計算確定。一年約需多耗電數(shù)萬度，折合人民幣數(shù)萬元。
       （5）孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度，因此對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強(qiáng)檢一次。
       （6）采用法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護(hù)工作量。
        綜上所述，流量計合理的選擇是一個企業(yè)節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)，也為生產(chǎn)的順利進(jìn)行，提供了重要的依據(jù)。