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氬氣流量計內部結構原理圖

氬氣流量計由傳感器和流量積算儀兩部分組成,如下圖所示。傳感器由旋渦發生體(阻 流體、檢測元件、殼體等部分組成。流量積算儀則包括信號處理電路(由前置放大器、濾波 整形電路組成)、微處理器、A/D 轉換電路、按鍵、電源、輸出接口電路、顯示、通訊電路等部分組成。 
氬氣流量計結構圖
氬氣流量計的傳感器由旋渦發生體(阻流體)、檢測元件、殼體等部分組成。
 
1、旋渦發生體
旋渦發生體與測量管道的軸線垂直,可通過焊接在殼體內或用密封件安裝在殼體內,其 功能就是產生卡門渦街。 
旋渦發生體是流量計的主要部件,它的形狀、幾何參數與渦街流量計的流量特性(儀表 系數、線性度、范圍度、重復性等)和阻力特性密切相關,具有以下特點: 
1、應有非流線型、對稱的截面,流體通過時可產生均勻的旋渦,截面的邊緣鋒利能使得旋渦在發生體軸線方向上同步分離;在較寬的雷諾數范圍內,有穩定的旋渦分離點,保持恒定 的斯特勞哈爾數; 
2、可產生強烈的渦街,信號的信噪比高,便于信號的檢測;
3、形狀和結構簡單,便于加工;
4、滿足不同介質對發生體的要求,如高溫、低溫、耐腐蝕、耐磨蝕、耐臟污等。
旋渦發生體形狀各異,種類繁多,據目前已開發出的旋渦發生體可分為單旋渦發生體和 多旋渦發生體兩類,如下圖所示。 
單旋渦發生體 單旋渦發生體的基本形有圓柱、矩形柱、三角柱和T 型,其他形狀皆為這些基本形的變 形。三角柱形旋渦發生體是應用*廣泛的一種,如下圖所示。各尺寸之間的比例關系大致如下:
d/D=0.2~0.3;c/D=0.1~0.2;b/d=1~1.5;θ=15 
為提高氬氣流量計強度和穩定性,可采用多旋渦發生體,如下圖所示,不過它的應用并不普遍。 
 
2、檢測元件
檢測元件安裝在殼體上,可采用熱敏、應變、磁電、電容、應力、光電、超聲等敏感元 件制作,用以檢測發生體產生的卡門渦街信號。其檢測方式有下面幾種形式: 
1、用設置在旋渦發生體內的傳感器直接檢測發生體兩側壓力脈動,簡稱“體內法”;
2、旋渦發生體上開設導壓孔,在導壓孔中安裝傳感器檢測發生體兩側差壓,簡稱“導壓法”;
3、檢測旋渦發生體周圍交變環流,簡稱“交變環流法”;
4、檢測旋渦發生體背面交變差壓,簡稱“背面差壓法”;
5、檢測尾流中旋渦列,簡稱“尾流法”。
 
氬氣流量計工作原理 
在流體中設置非流線型旋渦發生體(阻流體),則從旋渦發生體兩側交替地產生兩列有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街,如圖(一)所示。
旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為 f,被測介質來流的平均速度為 V,旋渦發生體迎流面寬度為 d,表體通徑為 D,根據卡曼渦街原理,有如下關系式:
f=StV/d   公式(1)
式中:
f-發生體一側產生的卡門旋渦頻率
St-斯特羅哈爾數(無量綱數)
V-流體的平均流速
d-旋渦發生體的寬度
由此可見,通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中,斯特羅哈爾數(St)是無因次未知數,圖(二)表示斯特羅哈爾數(St)與雷諾數(Re)的關系。
在曲線表中 St=0.17 的平直部分,漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率 f 就可以求得管內流體的流速,由流速 V 求出體積流量。所測得的脈沖數與體積量之比,稱為儀表常數(K),見式(2)
K=N/Q(1/m3)   公式(2)
式中:K=儀表常數(1/m3)。
N=脈沖個數
Q=體積流量(m3)
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