一种基于空腔振动的新型智能流量计

　　0　引言

　　为了满足工业生产和日常生活中管道流量测量的需要,近年来流量仪表的发展非常迅速。已开发和商用化的流量仪表大致可分为差压式、容积式、浮子式、叶轮式、电磁式等10大类100多个品种,基本能解决工业生产中流量测量的一般问题。但是,一些领域的流量测量问题仍难以解决,如脏污流、脉动流、腐蚀流等,尤其是在气体大流量测量领域,流量仪表的测量准确度、运行费用、安装维护费用、压力损失等都尚存在一定问题。

　　在天然气、煤气等气体大流量测量领域,目前使用的流量计还仅限于差压式(如孔板流量计、喷嘴流量计、文丘里管流量计等)、涡轮流量计、超声流量计、涡街流量计等等。由于这些介质一般都具有较大的腐蚀性,又往往含有较多杂质和水分,属脏污流体,对流量计的腐蚀、磨损、堵塞时有发生。另外,差压式流量计压力损失大,运行费用高,在大流量测量中一直受到限制;涡轮等有可动部件的流量计容易磨损和损坏,维护费用大;超声流量计成本高;涡街流量计在恶劣的工作环境中测量也存在较大问题。总之,目前国内外现有的流量仪表在测量诸如天然气、煤气等腐蚀、脏污流体的流量时尚存在种种困难。

　　本文提出的空腔流量计,流道中没有可动部件,也没有其它阻碍流体流动的部件,压力损失小,维护方便。在测量气体流量方面无论是线性度、稳定性、低流量特性、范围度等方面都表现出较好的特性,是一种很有发展前途的新型流量仪表。

　　1　空腔流量计的结构

　　空腔流量计是人们在20世纪90年代中期提出来的一种流体振动式流量计,它是利用流体流过沿壁空腔而产生振荡的原理制成的流量计。与涡街流量计相似,其振荡频率正比于来流速度,只是结构上以一矩形空腔代替插入测量管中的旋涡发生体,所以结构更加牢固可靠。其简单结构和工作原理如图1所示。由于流量测量只在管壁形成的矩形空腔中进行,整个仪表再无其它阻碍流体流动的部件,所以空腔流量计的压力损失是微不足道的。从已发表的实验数据看[1],在实验压力为0.1~5.56MPa,雷诺数为5×10⁴~7×10⁶的条件下,对口径为75mm、100mm等几种测量管尺寸的空腔流量计进行的气体流量测量,无论是线性度、稳定性、测量范围等方面都表现出较好的特性。

　　考虑到小口径流量计空腔设计的难度和现实测试设备的可能性,我们对流量计本体的设计只考虑一种口径(50)的三种不同尺寸空腔。空腔尺寸分别为250×56×26,250×56×20,250×56×16。考虑到气体的温度、压力自动补偿,将温度传感器、压力传感器和流量计本体组成一体化智能仪表,如图2所示。