[其他]低雷諾數下流量的渦街檢測法及其變送器

無效

• 申請號: 86101627
• 申請日: 1986-03-14
• 公開（公告）號: CN86101627A
• 公開（公告）日: 1987-09-23
• 發明（設計）人: 趙漢臣;余懷遠
• 申請（專利權）人: 冶金工業部安全技術研究所
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32;G01D5/60
• 代理公司: 武漢市專利事務所
• 代理人: 單鑄

本發明屬流量測量技術領域。

渦街流量計是一種綜合技術性能較好的流量計，它具有精度高（僅次于容積式流量計）、阻力小、量程寬，無運動部件，不受介質溫度和壓力的影響等性能，因而應用廣泛，特別是在現代測量和控制中，越來越多地要求使用數字化儀器與計算機，很需要直接以數字量輸出的傳感器。渦街流量傳感器正具備這樣的特點。由于在低雷諾數（Re）條件下，管內流體流速分布不均勻使旋渦分離頻率的輸出線性變差;旋渦強度同流速的平方成正比，Re減小旋渦強度急劇減小，這使旋渦檢測器的靈敏度顯得不夠;Re減小還使旋渦的產生變得不穩定。所以國內外的渦街流量計一般都要求工作在Re＞5000的條件下，至今尚無可供實用的測量低雷諾數條件下流量用的渦街流量計。

對于測量中小流量的渦街流量計，由于要分別配有流量積算器，增加了產品的單位成本，也限制了渦街流量計的應用。

1978年《計測自動制御學會論文集》，VOl????14，№2，發表了高本與小宮的論文-《低レイノルズ數領域にずはゐ渦流速計の特性の改善》，文中描述的一種裝置是由兩個圓柱串聯安裝，將下游檢測柱檢測到的旋渦信號放大后以氣流形式反饋到上游的旋渦發生體，在這個旋渦發生體中開有窄縫，反饋氣流由窄縫進出，從而使旋渦發生體沿長度方向上各點分離的旋渦同步。這種裝置初步解決了一般渦街流量變送器在低雷諾數條件下使用時信號微弱，不穩和難以檢測的問題，但此種結構的裝置存在以下缺點：1.旋渦信號的相位不易精確測量;2.反饋氣流的相位不易精確控制;3.測量控制電路和結構復雜;4.電路元件參數的變化會影響測量精度。因此至今尚無應用該法制成的能供實用的傳感器問世。

本發明的目的在于提供低雷諾數條件下流量的渦街檢測的新測量方法，以解決已有技術中存在的缺點，擴大渦街檢測法的應用范圍，將渦街流量計的量程擴展到中小流量領域，并使制成的渦街流量計實用而又成本低廉。

本發明是一種能在低雷諾數（Re＞400）條件下，用檢測卡門渦街現象所產生的旋渦頻率來測量流量的方法，或利用本檢測方法的原理制成的低-高雷諾數渦街流量變送器系列，或利用本變送器制成量程擴展到中小流量的渦街流量計。現將發明內容分述于后：

一、低雷諾數條件下流量的渦街檢測法

本發明的低雷諾數下流量的渦街檢測法中，為解決低雷諾數條件下存在的旋渦信號微弱、不穩定，難以檢測等問題，率先在流量管中應用了整流器，使到達旋渦發生體的流體流線平直，不被擾動，流速分布均勻，從而大大改善了信號質量，包括幅度增大，穩定性提高和低頻干擾減小等。

為解決低雷諾數條件下，頻率-流量特性的線性化問題，本發明應用了整流器和能與定時減數電路（見下述）具有最佳配合性能的倒梯形（即梯形長底邊朝向來流方向）斷面形狀的柱狀旋渦發生體，如此使流體流速分布均勻化，旋渦分離點固定，還減輕了旋渦信號的低頻擺動，如圖一、二、三所示。圖一是Re＝600時，由兩圓柱體串聯安裝的旋渦發生體發出的信號波形，由圖中可見信號不穩，在雷諾數增大時低頻擺動明顯，輸出線性也不好。圖二是Re＝600時，由倒梯形旋渦發生體發出的信號波形，由于無整流網，受到梯形柱所產生的強烈旋渦的影響，使柱前的來流受到擾動，流體在旋渦發生體各處的流速差別變大，旋渦信號的相位或提前或滯后或抵消，使信號變得微弱而又不規則。圖三是Re＝460時，由篩網與倒梯形旋渦發生體組成的系統所發出的信號波形。本發明采取了最后一種系統，再配以定時減數電路，實現了頻率-流量特性線性化。在量程比1∶10的范圍內（Re＞800）非線性誤差不大于±1%，若允許非線性誤差不大于1.5%時，量程比可達1∶30（Re＞500）。

當流量積算和顯示采用微處理機時（其投資低于小規模集成電路構成的計數電路），可充分利用微處理機的多種功能實現數字線性化。進一步提高測量精度和擴大量程比。本發明中采用通用的傳感器數字線性化算法-“三點校正法”，以頻率為自變量，流量與頻率的比值為因變量來表征頻率-流量的關系。這樣在低雷諾數或高雷諾數條件下都可得到較好的近似程度。