專利名稱：渦街質(zhì)量流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦街質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種寬量程的渦街 質(zhì)量流量計(jì)。
背景技術(shù)：
渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸汽等多種介 質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。 儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號也有數(shù)字脈沖信號輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng) 配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的流量計(jì)。渦街流量計(jì)通過在流體中設(shè)置三角柱旋渦發(fā)生 體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的其頻率正比于流速的兩列旋渦，通過測量漩 渦的頻率獲得體積流量值。目前的渦街流量計(jì)測量質(zhì)量流量時均采用直圓管作流量計(jì)的測量管，在旋渦發(fā)生 體前后取差壓信號，由于僅靠旋渦發(fā)生體產(chǎn)生差壓信號，導(dǎo)致其差壓值較低，在測量小流量 時則差壓值更低，所以流量計(jì)的下限流量不能太小，流量計(jì)的量程范圍不夠?qū)挕?br>
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種渦街質(zhì)量流量計(jì)，以解決上述技術(shù)問題之一。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種渦街質(zhì)量流量計(jì)，包括測量管、設(shè)置在所述測量管內(nèi)部的漩渦發(fā)生體及流量 檢測元件、差壓傳感器和流量轉(zhuǎn)換器，設(shè)置于所述測量管上且分別位于所述漩渦發(fā)生體上、 下游的上游取壓口和下游取壓口，上游取壓口和下游取壓口通過取壓管和所述差壓傳感器 相連，所述測量管由依次相連的入口段、收縮段、喉部、擴(kuò)張段和出口段組成，入口段和出口 段是直徑相同的直圓管，收縮段和擴(kuò)張段為錐度相同的圓錐管，喉部為內(nèi)徑小于入口段內(nèi) 徑的直圓管；所述漩渦發(fā)生體及流量檢測元件均設(shè)置在所述測量管的喉部。優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，所述上游取壓口和下游取壓口分別設(shè)置在所述 測量管的入口段和出口段。優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，所述上游取壓口設(shè)置在所述測量管的入口段軸 向長度的二分之一處；所述下游取壓口設(shè)置在所述測量管的出口段軸向長度的二分之一處。優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，還包括安裝在所述擴(kuò)張段上的整流架。優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，所述整流架為十字形或井字形的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，所述整流架在待測流體流動方向上的長度為 0. 5-0. 8倍的入口段的內(nèi)孔直徑。優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，所述入口段的內(nèi)徑與所述喉部的內(nèi)徑的比值大 于1且不大于2. 6。
優(yōu)選的，上述渦街質(zhì)量流量計(jì)中，該渦街質(zhì)量流量計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的渦街質(zhì)量流量計(jì)通過將測量管設(shè)計(jì)為五 部分組成，即入口段和出口段是直徑相同的直圓管，收縮段和擴(kuò)張段為錐度相同的圓錐管， 喉部為內(nèi)徑小于入口段內(nèi)徑的直圓管。收縮段的作用是調(diào)整流場和提高流速，擴(kuò)張段的作 用是把被收縮段收縮了的管徑恢復(fù)到原來管徑。收縮段和擴(kuò)張段都能提高測量管的壓力損 失。通過將漩渦發(fā)生體及流量檢測元件均設(shè)置在測量管的喉部，由于流體經(jīng)過收縮段的加 速作用，所以在喉部測量流量，可有效降低流量計(jì)的下限流量值，提高流量計(jì)的量程范圍。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的測量管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的渦街質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的流量計(jì)的電氣原理框圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的整流架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種渦街質(zhì)量流量計(jì)，以降低流量計(jì)的下限流量值，提高流量計(jì)的 量程范圍。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請參閱圖1，圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的測量管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明 實(shí)施例提供的渦街質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為入口段，2為收縮段，3為喉部，4為擴(kuò)張段，5為出口段，6為漩渦發(fā)生體， 7為流量檢測元件，8為整流架，9為法蘭盤，10為上游取壓口，11為下游取壓口，12為上游 取壓管，13為下游取壓管，14為差壓傳感器，15為流量轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明提供的渦街質(zhì)量流量計(jì)，包括測量管、設(shè)置在所述測量管內(nèi)部的漩渦發(fā)生 體6及流量檢測元件7、差壓傳感器14和流量轉(zhuǎn)換器15，設(shè)置于所述測量管上且分別位于 所述漩渦發(fā)生體6上、下游的上游取壓口 10和下游取壓口 11，上游取壓口 10和下游取壓口 11分別通過上游取壓管12和下游取壓管12與所述差壓傳感器14相連。其中，測量管由依 次相連的入口段1、收縮段2、喉部3、擴(kuò)張段4和出口段5組成，入口段1和出口段5是直徑 相同的直圓管，它們的內(nèi)徑均與流量計(jì)的公稱通徑D相同。收縮段2和擴(kuò)張段4為錐度相 同的圓錐管。喉部3是一段內(nèi)徑為D1的直圓管，分別與收縮段2的出口和擴(kuò)張段4的入口 連接，構(gòu)成對稱形結(jié)構(gòu)，將漩渦發(fā)生體6及流量檢測元件7均設(shè)置在測量管的喉部3。收縮段2是把直徑從D縮小到D1的圓錐管，擴(kuò)張段4是把直徑從D1擴(kuò)大到D的圓錐管。收縮段2的作用是調(diào)整流場和提高流速。擴(kuò)張段4的作用是把被收縮段收縮了的 管徑D1恢復(fù)到原來管徑D。收縮段2和擴(kuò)張段4都能提高測量管的壓力損失。本發(fā)明通過 將漩渦發(fā)生體6及流量檢測元件7均設(shè)置在測量管的喉部3，由于流體經(jīng)過收縮段的加速作 用，使流經(jīng)喉部的流體流速比流量計(jì)口處的流速提高了(DzD1)2倍。所以在喉部測量流量， 可有效降低流量計(jì)的下限流量值，提高流量計(jì)的量程范圍。上游取壓口 10和下游取壓口 11分別設(shè)置在所述測量管的入口段1和出口段5。 優(yōu)選的，將上游取壓口 10設(shè)置在所述測量管的入口段1軸向長度的二分之一處；將下游取 壓口 11設(shè)置在所述測量管的出口段5軸向長度的二分之一處。通過差壓傳感器14把差壓 信號轉(zhuǎn)換成電信號，送往流量轉(zhuǎn)換器15的另一輸入端，進(jìn)行信號處理和運(yùn)算。本發(fā)明的測量過程流體以流速U從入口段1進(jìn)入收縮段2，由于收縮段2的提速 作用，流體流經(jīng)收縮段2時，流速從U提高到U1，且U1SU的(DzD1)2倍。流體以較高的流 速U1W收縮段2進(jìn)入喉部3。在喉部3設(shè)置了旋渦發(fā)生體6和流量檢測元件7。隨著流體 的流動，旋渦發(fā)生體6產(chǎn)生卡曼渦街，渦街信號被流量檢測元件7檢測，并輸送到流量轉(zhuǎn)換 器15進(jìn)行處理。流體流經(jīng)測量管時，由于收縮段2、喉部3、擴(kuò)張段4的節(jié)流作用，造成流體 的壓力損失。在測量管的入口段1和出口段5的中間位置處，設(shè)置了上游取壓口 10和下游取壓 口 11，通過上游取壓管12和下游取壓管13，取出流經(jīng)測量管的前端與后端的壓力差，即壓 力損失ΔP，送到差壓傳感器14。經(jīng)差壓傳感器14，測出差壓信號，送到流量轉(zhuǎn)換器15的另 一輸入端進(jìn)行處理。兩路信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器15的轉(zhuǎn)換處理與運(yùn)算，獲得質(zhì)量流量。流量計(jì)的電氣原理框 圖如圖3所示。本發(fā)明在差壓測量環(huán)節(jié)，為了取得穩(wěn)定的差壓，在下游取壓口 11前方，擴(kuò)張段4的 后部安裝了整流架8，對從喉部流出的含有旋渦的流體進(jìn)行整流，調(diào)整流場，消除旋渦的擾 動，減小下游取壓口 11處的壓力波動，提高差壓的穩(wěn)定度。該整流架8為十字形或井字形 的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。如圖4、圖5所示，根據(jù)流量計(jì)的通徑不同，整流架可選用0. 5毫米到1. 5毫米 厚的不銹鋼板制造。整流架8在待測流體的流動方向上的長度為(0. 5-0. 8)D(D為流量計(jì) 的公稱通徑，即入口段1的內(nèi)徑)。本發(fā)明通過改變收縮比DzD1或收縮段2的圓錐角的方法來改變、調(diào)節(jié)流量計(jì)的量 程范圍。收縮比可根據(jù)流量計(jì)的公稱通徑D，被測流體的最小流量值選擇確定。通常收縮比 的取值范圍為= KDzD1 ( 2.6。本發(fā)明采用一體化結(jié)構(gòu)，將流量計(jì)的測量管，旋渦發(fā)生體6，流量檢測元件7，差壓 傳感器14，流量轉(zhuǎn)換器15設(shè)計(jì)成一體，具有一體化智能化等特點(diǎn)。本發(fā)明應(yīng)用了渦街流量計(jì)的流量特性和阻力特性，通過測量旋渦信號頻率和流量 計(jì)的壓力損失，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測量。這種流量計(jì)具有量程范圍寬，無可動部件、可靠性高、 安裝方便，適用介質(zhì)類型多等特性。它可以測量流體的質(zhì)量流量，也可測量流體的體積流 量。流量計(jì)可廣泛用于冶金、電力、化工、石油、天然氣、輕工等行業(yè)中的氣體、液體、蒸汽等 的流量測量。流量計(jì)的流量特性
流量計(jì)的測量管的軸向剖面圖如圖1所示。流量計(jì)測量管由入口段1，收縮段2， 喉部3，擴(kuò)張段4，出口段5組成。入口段1和出口段5是直徑為D的直圓管；喉部是直徑為 D1的直圓管；收縮段是把直徑從D縮小到D1的圓錐管；擴(kuò)張段是把直徑從D1擴(kuò)大到D的圓錐管。當(dāng)流體流經(jīng)測量管喉部3時，安裝在喉部3的旋渦發(fā)生體6產(chǎn)生卡曼渦街，旋渦f 號被安裝在喉部的流量檢測元件7檢測。旋渦頻率f為 根據(jù)流體連續(xù)性原理，測量管入口段1的流速U與喉部3的流速U1的關(guān)系為 以上兩式中f_旋渦頻率，Hz;Sr-斯特勞哈爾數(shù)；d-旋渦發(fā)生體特性寬度，m ；m-發(fā)生體兩側(cè)的流通面積與喉部圓面積之比；U1-喉部平均流速，m/s ；U-流量計(jì)入口段與出口段的平均流速，m/s ；D1-喉部直徑，m;D-入口段與出口段直徑(流量計(jì)公稱通徑)，m。流量計(jì)的阻力特性流體流經(jīng)測量管時，由于測量管的收縮段2、擴(kuò)張段4以及旋渦發(fā)生體6的節(jié)流作 用，引起流體的壓力損失為ΔΡ，ΔΡ由三部分組成

式中Δ P1-收縮段2的壓力損失，Pa AP2-喉部3的壓力損失，Pa; Δ P3-擴(kuò)張段4的壓力損失，Pa。 各段壓力損失分別為 式中CD1_收縮段阻力系數(shù)；Cd2-喉部阻力系數(shù)；C113-擴(kuò)張段阻力系數(shù)。 流量計(jì)總壓力損失ΔΡ為
從(6)式中可知，流量計(jì)的總阻力系數(shù)Cd為
質(zhì)量流量
以(6)式除以(3)式，經(jīng)整理后可以得到
令(9)式Km為質(zhì)量流量系數(shù)，則
在(9)和(10)式中
Qm-質(zhì)量流量，kg/s ； Km-質(zhì)量流量系數(shù)。
從(9)式中可以看出質(zhì)量流量9 1與壓力損失ΔΡ成正比，與旋渦頻率f成反比。 由于式中的其它量都是已知的確定量，因此只要測出壓力損失ΔΡ和旋渦頻率f，就可以實(shí) 現(xiàn)質(zhì)量流量的測量。 對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種渦街質(zhì)量流量計(jì)，包括測量管、設(shè)置在所述測量管內(nèi)部的漩渦發(fā)生體及流量檢測元件、差壓傳感器和流量轉(zhuǎn)換器，設(shè)置于所述測量管上且分別位于所述漩渦發(fā)生體上、下游的上游取壓口和下游取壓口，上游取壓口和下游取壓口通過取壓管和所述差壓傳感器相連，其特征在于，所述測量管由依次相連的入口段、收縮段、喉部、擴(kuò)張段和出口段組成，入口段和出口段是直徑相同的直圓管，收縮段和擴(kuò)張段為錐度相同的圓錐管，喉部為內(nèi)徑小于入口段內(nèi)徑的直圓管；所述漩渦發(fā)生體及流量檢測元件均設(shè)置在所述測量管的喉部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，所述上游取壓口和下游取壓 口分別設(shè)置在所述測量管的入口段和出口段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，所述上游取壓口設(shè)置在所述 測量管的入口段軸向長度的二分之一處；所述下游取壓口設(shè)置在所述測量管的出口段軸向長度的二分之一處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，還包括安裝在所述擴(kuò)張段上 的整流架。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，所述整流架為十字形或井字 形的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，所述整流架在流體流動方 向上的長度為0. 5-0. 8倍的入口段的內(nèi)孔直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，所述入口段的內(nèi)徑與所述喉 部的內(nèi)徑的比值大于1且不大于2. 6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，該渦街質(zhì)量流量計(jì)為一體式 結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種渦街質(zhì)量流量計(jì)，包括測量管、設(shè)置在測量管內(nèi)部的漩渦發(fā)生體及流量檢測元件。測量管由依次相連的入口段、收縮段、喉部、擴(kuò)張段和出口段組成，入口段和出口段是直徑相同的直圓管，收縮段和擴(kuò)張段為錐度相同的圓錐管，喉部為內(nèi)徑小于入口段內(nèi)徑的直圓管；漩渦發(fā)生體及流量檢測元件均設(shè)置在測量管的喉部。本發(fā)明的收縮段的作用是調(diào)整流場和提高流速，擴(kuò)張段的作用是把被收縮段收縮了的管徑恢復(fù)到原來管徑。收縮段和擴(kuò)張段都能提高測量管的壓力損失。通過將漩渦發(fā)生體及流量檢測元件均設(shè)置在測量管的喉部，由于流體經(jīng)過收縮段的加速作用，所以在喉部測量流量，可有效降低流量計(jì)的下限流量值，提高流量計(jì)的量程范圍。
文檔編號G01F1/88GK101881640SQ20101021606
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉玉萍, 姜仲霞, 姜川濤, 李夢蜜 申請人:重慶耐德正奇流量儀表有限公司