射流流量傳感器以及射流電子水表利用流體在射流計(jì)量腔中產(chǎn)生與其流速成正比的雙穩(wěn)態(tài)振蕩這一原理而構(gòu)成，是近年來(lái)水流量測(cè)量領(lǐng)域中的新產(chǎn)品。由于射流流量傳感器的計(jì)量腔內(nèi)無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，內(nèi)表面采用摩擦系數(shù)極低的工程塑料材料和優(yōu)化的腔體結(jié)構(gòu)等技術(shù)，因此射流流量傳感器具有使用壽命長(zhǎng)，腔體不結(jié)垢、不堵塞，制造成本低，射流計(jì)量腔體可一次注塑成型，批量生產(chǎn)產(chǎn)品特性一致性好等特點(diǎn)。

等同采用國(guó)外水表先進(jìn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的新國(guó)標(biāo)(GB/T778.1～3－2007)已將傳統(tǒng)機(jī)械水表、帶電子裝置的機(jī)械水表以及采用電和電子原理的新穎電子水表等均列入水表產(chǎn)品序列，使水表產(chǎn)品門類和品種更加全面、技術(shù)來(lái)源更加多樣、產(chǎn)品性能更加優(yōu)越。水表新國(guó)標(biāo)的頒布實(shí)施給射流電子水表有了正式“身份”，同時(shí)也有了可以遵循和驗(yàn)收的技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法，為射流流量傳感器和射流電子水表的性能提升與發(fā)展指明了方向。

圖1為寧波水表股份有限公司首創(chuàng)并研制的DN15與DN20的射流水表。

射流流量傳感器

射流流量傳感器通常由射流計(jì)量(振蕩)腔和振蕩信號(hào)檢測(cè)電路兩部分所組成。射流計(jì)量腔的作用是將被測(cè)流體引入腔體并使其產(chǎn)生穩(wěn)定而持續(xù)的雙穩(wěn)態(tài)振蕩；振蕩信號(hào)檢測(cè)電路的作用則是將與被測(cè)流體振蕩頻率成比例的流速信號(hào)通過(guò)一定的傳感原理及相應(yīng)的敏感元件將其檢出并做信號(hào)預(yù)處理，供后續(xù)信號(hào)處理單元使用，最終得到被測(cè)管道中流體的流速、流量以及累積流量等參數(shù)。

射流腔的結(jié)構(gòu)形式有多種，其中有代表性結(jié)構(gòu)的射流腔的主要特點(diǎn)是在小流量測(cè)量條件下(即雷諾數(shù)較小時(shí))能很好地起振并持續(xù)等幅振蕩，因此具有小的始動(dòng)流量值，特別適合于流量測(cè)量范圍要求較寬的電子水表應(yīng)用。

當(dāng)封閉管道中的水流體進(jìn)入射流計(jì)量腔時(shí)，由于射流的附壁效應(yīng)和控制射流反饋原理，使水流體在射流計(jì)量腔中振蕩，該振蕩頻率在一定的流量范圍內(nèi)與流經(jīng)管道流體的流速或體積流量成正比，且不受流體的物理性質(zhì)等影響，見(jiàn)下式

式中：v—射流腔噴射口處流體平均流速值，m/s；d—與射流腔特征尺寸有關(guān)的參數(shù)；Sr—Strouhal數(shù)；f—射流振蕩頻率；qv—流過(guò)噴射口的體積流量值，m3/h；S—射流噴射口截面積，m2。

在射流腔主通道或反饋通道上設(shè)置電磁速度式敏感元件或壓電壓力式敏感元件，可以將流體振蕩頻率檢出并送后續(xù)信號(hào)處理電路作進(jìn)一步處理。

對(duì)流體在射流腔中的振蕩過(guò)程作如下描述：管道水流體進(jìn)入射流腔進(jìn)水孔并在其噴嘴口處形成射流噴射體；射流噴射體在通過(guò)主通道時(shí)，由于受到射流附壁效應(yīng)和隨機(jī)干擾影響，流體就會(huì)沿著兩個(gè)對(duì)稱側(cè)壁中的任意一個(gè)側(cè)壁前行；在分流劈的阻擋下，流體會(huì)在分流劈與其中一個(gè)側(cè)壁之間通過(guò)，其中大部分流體流向出水孔并最后流出射流腔，少部分流體則通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱反饋通道中的同一側(cè)通道流回主通道；反饋回來(lái)的流體會(huì)改變主通道射流噴射體的流動(dòng)方向，使其偏向另一側(cè)壁并在分流劈和另一側(cè)壁之間流過(guò)。同樣情形，大部分流體又會(huì)流出出水孔，少部分流體通過(guò)另一反饋通道又流回到主通道并改變射流噴射體的流動(dòng)方向；這樣周而復(fù)始進(jìn)行下去，就會(huì)在射流腔中形成穩(wěn)定的射流振蕩，它與雙穩(wěn)態(tài)振蕩器的工作原理非常相似。射流振蕩頻率在雷諾數(shù)大于某一數(shù)值時(shí)與管道中水流體的流速或體積流量成線性關(guān)系。

信號(hào)處理

現(xiàn)以電磁速度式信號(hào)檢測(cè)原理為例說(shuō)明信號(hào)檢測(cè)的工作過(guò)程。射流振蕩頻率f是由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的周期變化反映的。射流振蕩幅值Emax既是射流腔信號(hào)檢測(cè)電極幾何位置w的函數(shù)，又是射流振蕩頻率f的函數(shù)。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果表明，在相同的管道流速條件下，處于射流腔內(nèi)部不同位置的振蕩流體，其流動(dòng)速度是不同的，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不相同；當(dāng)管道中流速變化時(shí)，射流振蕩頻率也會(huì)隨之改變。射流振蕩頻率越低，射流體切割磁力線的運(yùn)動(dòng)速度就越慢，檢測(cè)到的信號(hào)幅值就越小。反之，頻率越高，速度就越快，信號(hào)幅值就越大。信號(hào)檢測(cè)方式可以是單端形式，也可以是差動(dòng)形式，差動(dòng)信號(hào)輸出幅值是單端形式的2倍。已知射流體在計(jì)量腔中按正弦規(guī)律振蕩，可用下式分別描述兩路相位相反的單端輸出信號(hào)E1和E2：

式中：E—差動(dòng)輸出射流振蕩信號(hào)電動(dòng)勢(shì)，V；Emax(w、f)—射流振蕩幅值信號(hào)，V；ω、f—射流振蕩時(shí)的角頻率和頻率，rad/s、Hz(ω=2πf)；w—位置參數(shù)。