饱和蒸汽流量计

饱和蒸汽流量计分类有不同的方法。

按仪表与被测管道连接方式不同，可分为法兰型、法兰卡装型。

按用途不同，可分为防爆型、普通型、高温型、耐腐型、插人型。

    按结构分为一体型、远传型。

    按测量原理分为体积流量、质量流量。

    按功能分为常规型、智能型。

    按测量原理分为体积流量、质量流量。

    按功能分为常规型、智能型。

    按检测方法分为热敏式、超声式、电容式、应力式、应变式、振动体式、光电式、光纤式、电磁式。

从目前的习惯，大多数生产厂和用户都以检测方法来分类，这样能直接区分仪表的特点和用途。以下将对不同检测方法VSF作一些简介。

    1.热敏式饱和蒸汽流量计

热敏式是早出现的产品。它采用检测方式②、③（见本章第二节四）。旋涡分离引起局部流速变化，改变热敏电阻阻值，以此检测出旋涡信号。

    图3.9 （a）所示是一对自热式热敏电阻嵌装在三角柱发生体迎流面的中部，中心线的两边，检测与旋涡同步产生的环流（检测方式③）。图3.9（b）所示热敏电阻则嵌装在三角柱发生体后部开设的测量槽内。当旋涡分离时，发生体两侧产生压力差，在交变压差作用下，测量槽中出现方向交替变化的横向流动，使热敏电阻阻值发生周期变化（检测方式②）。

    热敏电阻构成测量电桥的桥臂，用恒流源供电，阻值周期变化被转换成交变电压，从桥路输出，经放大、滤波、整形，输出方波信号。

    为提高仪表的抗脏污能力和测量高温流体，有的生产厂把热敏电阻移到发生体外部，这样便于对检测元件的定期清洗与降温。

    这种仪表检测灵敏度较高，下限流速较低，对管道的机械振动不敏感。仪表多用于较清洁、无腐蚀作用的流体。

    2.超声式、

超声式是继热敏式之后，由美国西屋公司首先推出的产品。图3.10所示是仪表的工作原理图，在旋润发生体后方。用检测方式⑤检侧涡街信号。

    早期产品是在发生体下游的管璧上安装一对与发生体轴线方向相垂直的超声波探头A、B，探头A为发射换能器，发射出撅率为几十千赫兹到几百千赫兹的等幅连续超声波束。超声波束穿过流体传播，到达对面管壁的接收探头B。当旋涡分离并随流体向下游运动并通过超声波束时，每一对旋转方向相反的旋涡对超声波产生一个周期的调制作用[图3.10 （b）, （c）]，受到调制的超声波束其幅值、频率和相位都发生变化，探头B接收声信号后，将其转换成电信号，经放大、解调、滤波、整形后变成频率与流成正比的方波信号。

    超声探头A, B是一对谐振频率相同的换能器.超声发射电路愉出连续等幅电信号，激励发射换能器A。发射电路由振荡器和功率放大器组成。超声接收电路由具有调谐功能的选频放大器、解调（检波）电路、滤波电路、整形电路组成。

    工作时，把发射电路的工作频率、接收电路的中心工作频率分别调整到与超声探头的谐振频率相*，使仪表的声、电系统处于匹配的工作区域，使其对涡街信号有较高的检测灵敏度。由于超声系统的工作频率远离各种噪声的频域，从而提高了系统的抗*力。

    早期的超声式VSF对被侧介质的沮度变化比较敏感。另外，测量液体时，液体中所含的微量气泡对测量的影响也很明显。针对这些问题，制造厂推出了双声道VSF。两对超声探头互相垂直交叉安装，两束超声波成X形传播。双声路VSF对外界的干扰、介质温度变化和液体中的气泡等影响有较强的抗*力。

    液体超声式VSF的超声探头可安装在管壁外面，超声波通过耦合剂穿过管壁，进入被测介质，从而实现了不接触测量。可在不断流情况下进行维修。

    超声式下限雷诺数比其他检测方法VSF低些。

    3.应变式

应变式VSF采用检侧方式①和⑤来检测涡街信号，如图3.11所示。

    早推出应变式的是日本的北辰公司。后来美国Fischer & Porter公司开发成功增强型应变式。我国在20世纪80年代初期也开发了该类产品。

    如图3.11所示，在组合式发生体之间，设里了一个弹性应变梁，应变梁把前后两发生体连接起来。应变检测元件封装在应变梁内，感测涡街信号。

    当旋涡分离时，在旋涡发生体两侧产生交变压力差。在此压差作用下，发生体的T形尾部产生摇动，带动应变梁内的检测元件测出涡街信号。应变式VSF的另一种检测方式是采用独立的应变检测元件安装在发生体下游特定位置，用检测方式⑤进行检测。

    应变式适用于测量液体流量。国外还用这种仪表测量糖浆、饮料和重油的流量。

4.电容式

    电容式用检测方式①、②工作。早的产品出现在20世纪70年代中期。首先由英国肯特公司采用矩形发生体，把发生体两侧表面做成电容器的可动电极，检测旋涡分离时在发生体两边产生的交变压差。后来，日本的东机，公司又利用三角往发生体两侧的斜面作电容器的可动电极，达到了同样的效果。之后，日本东机口公司又采用检测方式③，在发生体两侧开设导压孔，把交变压差引到发生体顶部，电容检测元件放置在测量管外部，如图3.12所示。

20世纪80年代后期，抽国E+H公司推出差动开关电容（DSC）式，采用检测方式③工作，如图3.13所示，将电容检测元件制成圆筒形。该圆简用薄璧金属管制作，成为差动开关电容的动电极。在薄壁圈筒的里面有一同心的圆住形陶瓷管，瓷管外表面两侧涂敷两片金属薄膜作固定电极。金属薄璧目筒和陶瓷管的一端共同固定在基座上，另一端为悬璧式自由端。

    根据检测方式③，圆筒形电容检测元件插入三角柱发生体的测量孔中，三角往发生体两侧的导压孔把交变差压引人，作用到电容检测元件上。金属薄壁圈筒在交变差压作用下产生左右振动，引起动电极和固定电极之间的距离变化改变电容量，并通过差分电路检测电容变化的频率，实现旋涡信号检测。

    设计时考虑了内外电极的刚度匹配，因此当外界振动作用到电容检测元件时，不管振动方向如何，引起电容元件内外电极变形方向和变形的大小相同（或相近），从而两电极之间的相对位移近似为零，明显提高了VSF的抗振性能。这种仪表的另一特点是耐温性能好，可测400℃的高温介质，因此可用于饱和蒸气和部分过热蒸气的流量测量。

    差动开关电容式VSF的局限性是抗脏污能力相对较差，仪表选型时应充分注意。

    5.振动体式

    振动体式采用检测方式②工作，如图3.14所示。在发生体轴向开设圆往形测量孔，孔内放置软磁材料制作的轻质空心小球或圈盘，这两者通称为振动体。旋涡分离产生的交变压差，通过导压孔作用到振动体上方和下方，推动它们上下运动。位于振动体上方的电磁检测元件检测出振动体上下运动的频率，即为旋涡频率。

    这种仪表由于振动体的存在，降低了仪表对不同测量介质的适应能力和仪表的可靠性。选用高居里点磁性材料作振动体，可测量温度高达427℃的燕气，还可测极低温（-268℃）的液态气体。

    6.应力式

应力式是20世纪70年代末期出现的流量计，采用检测方式①、②、④、⑤。无论采用哪种检测方式，都是把检测元件受到的力以应力形式作用到压电元件上，转换成交变的电荷信号。再经电荷/电压转换、放大、滤波、整形后输出频率与体积流量成正比的方波。图3-15所示是应力式VSF的几种不同形式。

压电元件有响应快、灵敏度高、信号强、工艺性好等特点。它可以制成圆片、条片、圆往、圆管等多种形状测量元件，制造成本低廉。还可根据不同的检测方式，选用不同的压电效应工作模式。图3.15（a）、（b）采用薄圆片形压电元件，以纵向振动（即3方向极化、3方向受力）的工作模式，在两电极上产生电荷信号，应取用纵向压电常数d33。图3.15（c）、（d）采用长条形薄片或圆管形压电元件，以横向振动的工作模式，在压电元件的两电极上产生电荷信号，应取用横向压电常数d31。图3.15（e）也采用圆管形压电元件，但却以扭转振动作用的模式工作，应取用d15压电常数产生电荷信号。

    图3.15（e）所示中，当旋涡分离时，产生不对称的交变压差，使发生体产生扭转振动力。如把压电元件制作成扭力管形式，安装在旋涡发生体的两端，就可检测到交变的扭力。压电检测元件经特殊方式极化，仅对扭力作用灵敏，对管道振动产生的纵向力和横向力都不灵敏，提高了的抗振性能。选用高居里点压电元件和耐高温的封装材料、密封材料制作压电检测元件，就可使VSF*工作在250~300℃。其主要用于高温流体如蒸气流量测量。

    应力式对管道振动敏感，主要原因是压电元件对振动敏感造成的。另外，由于压电元件工作在非谐振状态，此时压电元件的等效阻抗高达106~107Ω。为了有效接收电荷信号，要求仪表的前置放大器（电荷放大器）的输人阻抗也至少达到106Ω以上才能与压电元件的阻抗相匹配。这么高输人阻抗的放大器就很容易引入各种电磁干扰信号，所以提高仪表的抗电磁干扰的能力也是制造和应用应力式应重视的问题。

    应力式是国内外的主导产品。我国生产的产品中约有70%~80%是应力式产品。克服上述两个问题，提高仪表的质量是摆在生产厂家面前的重要任务。

    以上简要介绍了六种不同检测方法的，在各种检测方法中还有不同的类型，形式多样、内容丰富。的发展过程中，把各种检测技术都融入不同的产品中，优势互补、推陈出新。可以看出是迄今所有流量计中具亲和力和想象力的仪表。还有一些其他检测方法的，由于还未大量生产和应用，因篇幅限制，这里未作介绍。

蒸汽流量计 http://www.360abg.org/

天然气流量计 http://www.ybcaigou.com/