[发明专利]差压型涡街质量流量计

说明书

本发明涉及制造涡街质量流量计的原理、工艺过程及据此原理和工艺所作出的产品-差压型涡街质量流量计。所谓涡街流量计是指利用卡曼涡街原理来测量流速或流量的计量仪表，它是利用至少一个插入于流体流场并垂直于流轴的旋涡发生体3，当流体流经旋涡发生体3时，在发生体两侧下游处产生交替的旋涡，其频率f正比于平均流速U。于发生体内部安装的传感器可检测到这一旋涡频率，从而获得平均流速U。平均流速U与管道流通截面A之积UA即流体的体积流量Q。

当测量气体或蒸汽流量时，比如测量空气、天燃气、煤气、饱和蒸汽、过热蒸汽时，被测介质的温度、压力以及成分的变化会给测量带来不小的影响。在这些测量中人们更关心的是质量流量而不是体积流量。假定被测介质的密度为ρ，则质量流量Qm即为：

Qm＝ρUA    （1）

为了解决质量流量Qm的测量，迄今为止主要采用两种办法。其一是在测量体积流量的同时，测出流体的温度T与压力P（如图1所示），利用气态方程：

Qm=Qvρ=Qvρ_o(P)/(P₀) (T_o)/(T) (Z_o)/(Z) （2）

式中    Qv-工作状态体积流量

ρ-标准状态下密度

PO-标准状态下压力

TO-标准状态下温度

P-工作状态下压力

T-工作状态下温度

Z-介质的压缩系数

ZO-介质标准状态下压缩系数

用计算机自动转换成质量流量或标准状态下的体积流量，这一方法实质上就是对气体介质的体积量进行温度、压力补偿。目前这一方法较易实现，被广泛采用。不过此法不可能补偿因气体成分发生变化而引起的质量误差，即当成分发生变化时，此法对如何准确测定质量流量是无济于事的。再者，即使成分不发生变化，当压力较高时，按（2）式补偿，因ZO与Z差别较大，还须考虑气体压缩系数的影响，致使系统的补偿变得非常复杂而难以进行。这种方法可称为温压型方法。

第二种方法是用测量体积流量和测量密度相结合的方法（如图2所示），将体积流量与密度同时送入计算机算得质量流量。这一办法克服了温压型方法的缺点，可适应成分变化，不必考虑气体压缩系数影响。遗憾的是气体的密度测量远比温度、压力或体积流量的测量复杂得多，目前能采用的密度计测器件不仅昂贵，而且对被测介质的清洁度有苛刻要求，目前还无法适用于较高温度介质，这就大大限制了这一方法的使用范围，因此这一办法在工业上还难于推广应用。这方法可称为密度型方法。

US4372169提供一种（一类）质量流量计，其解决方案的要点是：在流段中作有产生阻力的发生体和节流部分;在发生体和节流部分之间取得一个压力，与流段外的压力产生一个差压。对比文件US4372169指出这个差压直接反映了流过流段的气体的质量流量，文件列出的许多方案中无不具有一环形通路的发生体，这一发生体与节流部分的连 接保证产生高度稳定的旋涡，这一旋涡提供了气体质量流量与差压之间的一个予知的关系即：

M＝-A∑P⁴+B∑P³-C∑P²+D∑P+E （3）

此处M为质量流量，式中的P按对比文件上下文关系推定似应为△P，仅当差压计一端可视为真空压力时，△P才等价于P_o对比文件强调A、B、C、D、E与部件尺寸有关，且A比D小五个量级，B比D小三个量级，C比D小一个量级，高次项可忽略，基本上是一个线性函数。即质量流量表现为差压的线性函数。

仔细分析这一对比文件，可发现两个问题。其一，这一技术方案尽管有多种结构形式，但都离不开具有环形通路的发生体和阻力较大的节流部分，当流体全部流经发生体及节流部分时，势必造成较大的压力损耗，工艺上也颇为复杂。其二，尽管提到了产生旋涡的发生体，其序言中提到过它的频率正比于平均流速，但其后的处理中，不管结构如何变化，都未提及如何处理和利用这一频率，在其质量流量计算（公式（3），引自对比文件US4372169）中也丝毫不涉及这一频率f。可以断定，对比文件所提及的种种技术方案仅仅着眼于如何利用发生体和节流部分之间的旋涡来产生足够稳定的差压，以此来按公式（3）求得质量流量，而根本未用到发生体的频率特性，事实上不属于涡街流量计。因此，对比文件所述的流量计都不是涡街流量计，都不具备涡街流量计的特征和优良品质。