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渦街流量計(jì)傳感器分類及對(duì)應(yīng)流量計(jì)介紹
    渦街流量計(jì)按傳感器的種類分為熱敏式(又分為熱絲式和熱敏電阻式)、電容式、振動(dòng)體式、應(yīng)變式、應(yīng)力式、光電(光纖)式和超聲式等幾大種類。
    1.熱敏式渦街流量計(jì)
    熱敏式渦街流量計(jì)于20世紀(jì)60年代末研制成功，是出現(xiàn)的一種渦街流量計(jì)形式。熱敏式渦街流量計(jì)包括熱絲式渦街流量計(jì)和熱敏式渦街流量計(jì)兩種形式。
熱絲式渦街流量計(jì)的傳感器為鉑電阻絲，溫度系數(shù)為正，加熱后的鉑電阻絲隨發(fā)生體空腔內(nèi)流體流動(dòng)而冷卻，其阻值發(fā)生變化，通過檢測(cè)阻值變化可得旋渦頻率，圖7-9所示為其電路示意圖，其中Rt為鉑電阻。熱絲式渦街流量計(jì)采用圓柱發(fā)生體，其信號(hào)的穩(wěn)定度不如其他發(fā)生體，目前此類渦街流量計(jì)已很少使用。

    熱敏式渦街流量計(jì)的傳感器為熱敏電阻，溫度系數(shù)為負(fù)，旋渦發(fā)生體后排列的交替旋渦作用在加熱后的熱敏電阻上，成周期冷卻而改變阻值，通過檢測(cè)輸出電壓的變化而求得旋渦頻率。圖7-10為其電路示意圖，其中Rl和R2為熱敏電阻。熱敏式渦街流量計(jì)采用三角柱發(fā)生體。
總之，熱敏式渦街流量計(jì)在雷諾數(shù)較低場(chǎng)合也有較好的計(jì)量特性，對(duì)管路振動(dòng)不敏感，但熱滯后使得它不適合小口徑高速流體的測(cè)量，灰塵、臟污附著在熱敏元器件上，也會(huì)降低其靈敏度。

    2.應(yīng)變式渦街流量計(jì)
    應(yīng)變式渦街流量計(jì)于20世紀(jì)70年代中期研制成功，是利用半導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)、半導(dǎo)體元件的電阻隨旋渦升力而變化。通過電橋的放大，再經(jīng)過運(yùn)放電路、整形電路，從而測(cè)出旋渦頻率。
    應(yīng)變式渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)較高，但要輸出較強(qiáng)的預(yù)率信號(hào)，應(yīng)變就得足夠大。但應(yīng)變又不可太大，必須遠(yuǎn)小于應(yīng)變極限，這樣才能保證流量計(jì)的壽命。要做到既提高靈敏度，同時(shí)延長流量計(jì)壽命，這的確很難，因此，應(yīng)變式渦街流量計(jì)通常只用來測(cè)量大管徑的液體流量。
    3.振動(dòng)體式渦街流量計(jì)
振動(dòng)體式渦街流量計(jì)于20世紀(jì)70年代中期研制成功，是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，在磁場(chǎng)中導(dǎo)磁體振動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，再通過放大和整形來獲得輸出信號(hào)，從而檢測(cè)流體的流量。工作溫度范圍很寬，振動(dòng)休高速振動(dòng)，易損壞，壽命短，對(duì)流體的清潔度要求較高，只能水平安裝。適于計(jì)量清潔的高溫飽和蒸汽和低溫液態(tài)氣體。
振動(dòng)體式渦街流量計(jì)采用“導(dǎo)壓法”，如圖7-11所示。在旋渦發(fā)生體軸向開設(shè)圓柱形深孔，孔內(nèi)放置軟磁材料制作的輕質(zhì)空心小球或圓盤(振動(dòng)體)，旋渦分離產(chǎn)生的差壓推動(dòng)振動(dòng)體上下運(yùn)動(dòng)，位于振動(dòng)體上方的電磁傳感器檢測(cè)出旋渦頻率。它只適用于清潔度較高的流體(如蒸汽)，可用于溫(427℃)及極低溫(-268℃)的流體，這是其特點(diǎn)。

    4.電容式渦街流量計(jì)
電容式渦街流量計(jì)于20世紀(jì)70年代中期研制成功。其原理為，安裝在渦街流量傳感器中的電容傳感器相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，流體流動(dòng)時(shí)，發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦分離，在發(fā)生體兩側(cè)交替出現(xiàn)壓力脈動(dòng)，引起兩側(cè)的兩個(gè)電容的兩個(gè)極板間距交替發(fā)生改變，從而使兩個(gè)電容值之值交替變化，通過差分檢測(cè)電路測(cè)出電容變化的頻率，從而檢測(cè)出旋渦的頻率。電容式傳感器如圖7-12所示。

    而當(dāng)管道有振動(dòng)時(shí)，不管振動(dòng)是何方向，由振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力同時(shí)作用在振動(dòng)體及電極上，使振動(dòng)體與電極都在同方向上產(chǎn)生變形，由于設(shè)計(jì)時(shí)保證了振動(dòng)體與電極的幾何結(jié)構(gòu)與尺寸相匹配，使它們的變形量一致，差動(dòng)信號(hào)為零。這就是電容傳感器耐振性能好的原因。
    電容式渦街流量計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是耐溫性好，高溫可至400℃，低溫可至-200℃。由于發(fā)生體兩側(cè)的導(dǎo)壓小孔易被固體顆粒式懸浮物堵塞，因此，當(dāng)介質(zhì)較臟時(shí)不宜選用此類渦街流量計(jì)。
5.應(yīng)力式渦街流量計(jì)
應(yīng)力式渦街流量計(jì)于20世紀(jì)70年代末期研制成功，是利用壓電元件的壓電效應(yīng)和T形發(fā)生體實(shí)現(xiàn)流量測(cè)試。常用的壓電材料分為壓電晶體和壓電陶瓷兩大類，由于壓電陶瓷具有壓電系數(shù)大、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而成為應(yīng)力式渦街流量計(jì)常用的傳感器。應(yīng)力式渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖7-13所示。

    它把傳感器受到的力以應(yīng)力形式作用在壓電晶體元件上，轉(zhuǎn)換成交變的電荷信號(hào)，經(jīng)電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號(hào)。壓電傳感器響應(yīng)快、信號(hào)強(qiáng)、工藝性好、制造成本低、與測(cè)量介質(zhì)不接觸、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬，現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性較高，它是目前渦街流量計(jì)的主要產(chǎn)品類型。
    主要缺點(diǎn)是它對(duì)管道振動(dòng)較敏感，測(cè)量對(duì)象有較強(qiáng)的振動(dòng)時(shí)不用，另外電磁干擾對(duì)它也有影響，須做好電磁屏蔽。
    6.光電(光纖)式渦街流量計(jì)
    光電(光纖)式渦街流量計(jì)于20世紀(jì)80年代中期開始出現(xiàn)，主要分為光電反射式渦街流量計(jì)、激光檢測(cè)式渦街流量計(jì)和光纖檢測(cè)式渦街流量計(jì)三類。
    光電反射式渦街流量計(jì)的原理是發(fā)光二極管發(fā)出的光，通過反射鏡反射，最后光電二極管接收。旋渦產(chǎn)生的交變壓差信號(hào)作用到反射鏡上，反射角度改變，光電二極管接收到的光信號(hào)也隨之改變，光電信號(hào)變化的頻率就是渦街信號(hào)的頻率。
    激光檢測(cè)式渦街流量計(jì)的原理是激光二極管發(fā)出的激光從發(fā)生體下游穿過流體，發(fā)生體下游的交變旋渦引起激光發(fā)生折射，激光最后射向光電二極管，通過快速傅立葉分析儀獲得旋渦頻率。
    光纖檢測(cè)式渦街流量計(jì)的原理是光纖作為旋渦發(fā)生體，流體通過它時(shí)，被拉緊的光纖會(huì)交替產(chǎn)生旋渦分離現(xiàn)象，光纖振動(dòng)的頻率就是旋渦的頻率。
    光電(光纖)式渦街流童計(jì)其有靈敏度高、范圍度寬、抗電磁于擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是怕臟污的介質(zhì)，對(duì)管線振動(dòng)敏感。
    7.超聲渦街流量計(jì)
出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初的是幅度調(diào)制式超聲禍街流量計(jì)，80年代后期出現(xiàn)了相位調(diào)制式超聲渦街流量計(jì)，后者在性能上比前者有明顯提高。

    超聲式渦街流量計(jì)采用尾流法，如圖7-14所示。由圖可見，在管壁上安裝兩對(duì)超聲傳感器A1，R1A2，R2，傳感器A1，A2發(fā)射高頻、連續(xù)聲信號(hào)，聲波橫穿流體傳播。當(dāng)旋渦通過聲束時(shí)，每一對(duì)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦對(duì)聲波產(chǎn)生一個(gè)周期的調(diào)制作用，受調(diào)制聲波被接收傳感器R1，R2轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大、檢波、整形后得旋渦信號(hào)。儀表有較高檢測(cè)靈敏度，下限流速較低，對(duì)電磁干擾、振動(dòng)不敏感，但對(duì)溫度變化、流場(chǎng)變化敏感。液體中含氣泡等雜質(zhì)對(duì)測(cè)量影響較大，故儀表適用于溫度變化小的氣體和含氣量微笑的液體流量測(cè)量。