插入式射流流速计.docx

1、4ft普资讯hitp:/wwwxqvipxom2000年第5期May2(X)0工业安全与防尘IndustrialSafetyandI)usfControl插入式射流流速计业汉臣(中钢集团武汉安全环保研究院430081>7"叶摘要介绍了一种新型插入式射流流速计。它的结构和使用都很简单,且基本构成就是个装在插入杆端部的射流源量传感器，通过计数正比于流速的射流脉冲来实现测最C插入式射流流速计在低流速下有较高的灵敏度并可用于高温环境它还能气液两用M同时介绍了该流速计的原理、试翳结果和应用例子。关fit词插入式流速计射流流髭计传感器;'R枸,Z使封Insertionfluidic

2、flowratemeterZhaoHanchen(Wu/utnSafetyEnvironmentalProtectionResearchInstituteofChinaIronatujS.HGnmp430081)AbstractThepaperintroducesanewinsertionfluidicflowratemeter.Themeierhassimple<unstructandiseasycooperate.Themeterhasafluidicflowmeteratthetopoftheinsertingpipeandcountsihefluidicpulsethatarep

3、roportionaltothemeasuredfluidflowvelocity.Themeterhasexcellentsensiuviiycolowvcloci'ties.Itcanmeasurehightemperaturegases.Bothgasandliquidvelocitycanbemeasuredwnhit.Theopewtionalprinciple*experimentalresultandappliedexamplesof(heflowratemeteraredeacrihed.KeywordsInsertionflowratemeterFluidicflow

4、meterTransducer1前盲射流流量计属流体振动型流量计，与其他流体振动型流鱼计一样具有结构上无可动件、性能稳定、线性好、重程宽、直接数字输出的特点。一般射流流最计用于小流量测长.将具有合适结构的射流流毋计置于流体流场中还可直接作为流速计使用。本文主要介绍射流流煎传感器作流速计用时的特点。2结构和原理射流控制技术发展较早，但射流流量传感器应用却很少.其中一个原因是结构较复杂。近年我们开发了一种结构简单的射流流量传感器(图1)在图1所示的传感器中，可以观察到流体在其内腔中的流场与涡街流量计中的流场相似，都会由于因旋涡的作用形成流体的S形流动，其基本特性也与涡街流量计相同。涡街流量计的输出

5、待性可用设施的完善及合理。从目前情况看.老企业及中、小型企业因历史的原因，供配电系统并不完善.尤其是煤气系统供配电设施及各种联锁仪控保护设计、配备不合理，因此很容易造成因电气系统故障而引起Sirouhal式表示：f=Stu，d(!)式中f输出频宰；“流体速度：d旋涡发生体宽度tStStrouhal数。图1射流流量传感器射流流量计的输出特性也可以用Strouhal式表示。式中的。就是决定流体振动振幅的尺寸系的煤气事故。特别是雷雨季节，既是供配电系统的危险季节.也是煤气系统安全生产受威胁较大的时候,更应引起注意，做好预防工作。收精日期门999一09】3)数，而Strouhal数实际上就是与旋涡发生

6、体形状有关的一个参数。在射流流量计中d与型腔的宽度对应，根据试验.Strouhal数则与喷嘴的大小、靶的大小和形状以及射流元件内腔出口处的宽度和形状有关，凡是使系统流动阻力增大的变化均会使Strouhal数变大。例如减小哽嘴，将靶的棱角变尖，缩小出口处的宽度都会增大Strouhal数反之亦然。当把射流流量计仅仅作为一般流量计应用时，应使Strouhal数尽量稳定，以得到好的线性。然而一个输出完全线性化的射流流量传感器作插入式应用时,在低流速区段频率与流速间的关系仍然有一定的非线性.其原因是这时流入元件的流体流速与射流元件外的流体流速的比值发生了变化（图2）。U图2射流元件内外流速比u/v与测点

7、流速。间的关系图2中低流速区段的非线性可用硬件或软件的方式予以补偿。硬件补偿方法就是让射流流量传感器本身的输出特性具有一定的非线性，以此来抵消射流元件内外流速比值变化带来的影响。这样，作流速计用的射流流量传感器的理想输出特性应如图3中虚线听示.图3中实线为实际输出特性。KJL/minQ图3流速计用射流流量传感器输出特性利用图2和图3所表示的特性，并加以适当结合,可使射流脉冲频率与测点处流场流速间除最低流速处外有较好的正比关系。将射流流量传感器装在一杆头,联接射流信号检测柱中热敏元件的导线沿插杆引出，对引出的信号放大、整形，输入单片机显示或运转，即构成一完整的插入式射流流速计。图4即为供薇验用的

8、流速计装置。图4插入式射流流速计3试验用图4所示的射流流速计在我院的风洞中作试验。风洞试验段直径为250mm射流流速计迎面流面积为14mmX30mm.远小于风洞横断面。作为标准器的是皮托管，不确定度为0.5%：差压恻I定用倾斜式微压计，不确定度为1%。表1中N91013试验在直径为100mm的小风洞中进行，试验时去掉射流流速计上的插杆。试验的标准器为涡街流量计，不确定度为1.5%。在小风洞中作低流速试验肘.由于雷诺数较低，流速分布不均匀.由平均流速计算测点的实际流速时必须作修正，同时还必须作阻塞影响的修正。这时试验装置的不确定度为4%c试验表明.当被测流场均匀程度不太好时，例如在靠近管壁处.仍

9、可得到稳定的频率输出,从这个角度看它比插人式涡街流量计的抗干扰性要好。当流场很不均匀时,输出就不稳定，实际使用时应避免这种情况。表1中仪表常数的定义是尺=/7。.从仪表常数的变化可看出仪表的线性度。从表1可看出.当所测流速在3m/s以上时，仪表的线性好，在3m/s以下时线性变差，不过非线性误差的绝对值也就是0.lm/s左右。此区段非线性误差也可以用软件方式补偿。插人式射流流速计的重复性误差在0.2%.表I射流流速计婿出频率与流速的关系4主要技术性能流速V/Cms_1)频率/H,仪表常数K/m*130.18207.46.87O27.90190.86.84326.37180.76.85421.58

10、150.16.96517.49122.16.98611.8682.16.92747.96.84830.96.98922.56.941023.86.941118.76.77129.56.642例1。测量流体种类：常温常压气体；流体振动检测方式：热敏法；测量流速范围530m/s；5m/s以上时为1.5%；灵敏度：0.lm/s；重复性：0.2%；最大插入深度可否清洗：可，根据需要可加设使用中定期或不定期清洗装置。例2。测量流体种类：液体;流体振动检测方式:压敏法；测量流速范围：1.030m/s；准确度：5m/s以下时为0.1m/s；5m/s以上时为1.5%;灵敏度：0.lm/s；重

11、复性,0.2%;最大擂入深度：1.5m；可否清洗：可。5应用上述试验装置即具有实际应用价值。它由聚碳酸帝模塑制成，批最生产时成本很低,射流脉冲用热敏元件检测，可用于常温及粉尘浓度不很高的条件下的气体流速测量。由于射流传感器有体积小、免维护、数字输出、易远距离传输信号的特点.特别适用于需多点同时测量的系统中。如厂矿的通风系统的调试和日常监溯、环境检测等场合。也可作工业应用，如大管道煤气流量测量中，可在测量断面上同时布置多个传感器,有利于提高测量精度。也可用单个传感器制成便携式风速计，这种风速计兼备皮托管的性能稳定可靠叶轮流速计的线性数字输出，热线风速计的灵敏，插入式涡街流速汁的宽景程之优点。（当

12、然，这些流速计还各有射流流速计不具备的特点）由于热敏元件不能直接置于高温下，所以在高温下应用时，除了射流元件应是耐温的金属外.还应设法将射流脉冲信号从高温区引出。作者采用的方法是把由射流脉冲引起的压力脉动从导压管中引出，再用压敏传感器检测。射流脉冲信号强度可用式（2）表示：L=Kp*（2）式中L一一射流脉冲在热敏元件上的作用力；K常数，P一一流体密度；«射流在喷嘴中的流速。当流体密度较小.如常压下的气体,流速又很低时，射流脉冲信号很弱,不易检到。应用压力传导管有助于增强低流速时的信号，衰减高频信号。对此作一原理说明，射流脉冲引起的压力波动实际上是一系列声波，声波在管中传输时，会被管的

13、端面反射.当声波的频率等于管子基频的分倍时，就会发生共振，信号将得到很大的增强.设共振频率为J则有：f=（c/4l）n（3）式中c当地声速；I管长；n正整数。实际上，只要信号频率接近共振频率就有增强效果。可根据需要测得的最低风速来确定导压管的长度.例如导管长1.5m,当地声速为340m/s.该管的第一共振频率为56.7Hz,对我们的试验装置就是相当于8.1m/s。要测量更低的风速就要用盘管。试驶表明此法是可行的。导压管技术也可用于液体流量测量。在液体流量测量中射流脉冲同样不宜用热敏法检测这时也可将压力波动传至管外检测，由于液体密度比常压气体大几个数量级，由式（2）可知，不需要通过导压管共振来提高检测灵敏度，需要解决的是导压管中膜片材料和传递介质的选择及封装问题。本试验装置用于水流量:测量时.只要水流能达到使射流传感器的起振频率（68Hz）的速度即可检测。这套装置可直接装在船上，用来指示船速和船行距离。若要在高粉尘浓度下使用则要作喷吹清洗，最简单的办法就是测）一段时间后用清洁空气或水流清洗一下。在测定煤矿瓦斯排放量时就是这样用的（使用前已通过防爆安全检测）。若传感器材料是透明的（如聚碳酸解）是否清洗好很好检查。清洗不会