取樣流量傳感器的應用與發(fā)展
矩形管道
在其四個邊角實際流動十分小,或趨于零* 4 。
阻塞比
在計算面積時往往忽視了流量傳感器的存在,它的存在不僅減小了流通面積,而且增大流經此截面的流速。這種影響稱為阻塞效應。其阻塞比S定義為:
阻塞比S=(πd 2 /4. +hB)/πD 2 /4. (4)
4式中:d:測量頭外徑; h:插入桿伸入深度; B:插入桿橫截面寬度; D:管道內徑
研究表明:當S0.02時,阻塞很小可忽略不計,β≈1;
當0.02
當S>0.06時,β值需實流標定
類型
測點流速
凡可測流速的傳感器插入管道均可成為流量傳感器。較為通用的有以下幾種:
雙文丘里管
早于40年前,美國Taylar公司已有產品推向市場,稱皮托一文丘利管(Pitot Venturi Tube)。近年,國內廠商按此原理推出產品,稱為雙文丘利管,區(qū)別僅是前者高壓取自支持桿,而后者取自管壁,在同樣流量下,后者輸出差壓將略小于前者。
測位于直徑上多點流速以均速管為例說明:
以皮托管測速原理為基礎,當直管道足夠長時管內流速分布為充分發(fā)展紊流,等速線為同心圓,才有可能僅測直徑上幾點流速即可反映整個截面的流速分布。一般在檢測桿迎流向有數(shù)對總壓檢測孔,所測總壓平均后也傳至變送器,二個壓力差的平方根與流量成正比。近四十年有不少改進,但多限于檢測桿的形狀、現(xiàn)簡述如下:
圓形
上世紀60年代末期推出,使用后發(fā)現(xiàn)Re在105~106之間,流量系數(shù)K分散度約為±10%,原因是在Re105時流體在圓柱體分離角為780,而Re>106時,后移至1300,即所謂“阻力危機”現(xiàn)象,引起了K系數(shù)不穩(wěn)定而影響了流量準確度,已于30多年前被淘汰。
菱型-Ⅱ型
1978年由DSI公司推出,檢測桿橫截面為菱形,流體分離點固定在菱形拐角處,解決了“阻力危機”帶來的流量系數(shù)不穩(wěn)定的問題,但是背壓通過一個內徑約3毫米的細管引至變送器,使用中發(fā)現(xiàn)背壓孔易于堵塞的缺點。
機翼、橢圓型
設計這二種截面形狀的目的都是為了減少迎風阻力,其實無論那種均速管永久壓損都僅只有幾十帕,可以忽略不計,不必小題大做。但可用于測量流速高、密度大的過熱蒸汽。
菱形-Ⅱ組合式
1984年由美國DSI公司推出,它由一個菱形型材,二個三角形型材組合而成,這種結構因型材公差較大,當溫度變化時,過盈易泄漏;太緊初始應力過大削弱了強度,現(xiàn)也逐漸淘汰。
菱形-Ⅱ一體式
上世紀90年代初相繼由德國IA公司及Systec公司推出分別稱為Itabar及Deltabar。結構特點是用中隔板將高低壓分隔為二個空腔,我國已可生產推出市場,價格較國外產品低廉不少。
彈頭型
1992年由美國Veris公司研制推出稱Verabar(威力巴)。主要特點檢測桿截面形狀為彈頭型,頭部作了粗糙處理(粗糙度x/ks~200),廠家宣傳這樣做可保證在檢測桿表面形成紊流附面層,從而推高了準確度,相對其他因素(直管長度、管內徑……)這些改進微不足道。而由于靜壓取自二側,輸出差壓較其他均速管小30~50%。
T型
2001年美國DSI公司推出,稱Annubar-485,檢測桿橫截面為T型,正對流向有二排密集約2毫米的小孔(即使用細縫代替,也僅是反映截面中直線上的流速)。廠家卻宣稱由于總壓取壓孔幾乎占整個直徑的85%,可獲取“更多的流速分布信息”,準確度可達到令人匪夷所思的±0.75%。結構復雜,成本高,測壓孔過小易于堵塞,銷售并不理想,說明在檢測桿上精雕細刻是沒有必要的。
風光一時、難以為繼
上世紀六十年代,隨著流程工業(yè)的現(xiàn)代化,管徑0.5~2米逐漸增多,采用取樣原理、插入安裝形式的流量傳感器,結構簡單,成本低,維修簡便,頗受用戶歡迎,卻也風光一時,占有較大的市場份額。但由于它過于簡單,現(xiàn)場情況又十分復雜,難以保證必要的準確度,上述的取樣流量傳感器已難以滿足要求。問題在于:
流場
目前工業(yè)管道日益增大,火電廠一次風風管可達5~6米,直管段長度僅1~2D,嚴重不足,管內流速多為非充分發(fā)展紊流,且有漩渦,上述取樣流量傳感器不可能取得必要的準確度。
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