渦街流量計的現場應用

    渦街流量計在指定的流動條件下，一部分流體動能會轉化為流體振動

，其振動頻率與流速（流量）有確定的比例關係，依據這種原理工作的流量計稱為流體振動流量計。目前流體振動流量計有三類：渦街流量計、旋進（旋渦進動）流量計和射流流量計。渦街流量計具有以下一些特點：
①輸出為脈衝頻率，其頻率與被測流體的實際體積流量成正比，不受流體組分
、密度、壓力、溫度的影響；
②測量範圍寬，一般範圍度可達10：1以上；
③精度為中上水平；
④無可動部件，可靠性高；
⑤結構簡單牢固
，安裝方便，維護費較低；
⑥應用範圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸汽。　　
工作原理
    在流體中設置旋渦發生體（阻流體），從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦
，這種旋渦稱為卡曼渦街（見圖1），旋渦列在旋渦發生體下遊非對稱地排列。根據卡曼渦街原理，有如下關係式：

　　式中，m為旋渦發生體兩側弓形麵積與管道橫截麵麵積之比；D為表體通徑；d為旋渦發生體迎麵寬度
；f為旋渦的發生頻率；U1為旋渦發生體兩側平均流速；Sr為斯特勞哈爾數；U為被測介質流的平均速度。

圖1  卡曼渦街

管道內體積流量qv為：

式中

， K為流量計的儀表係數，單位為脈衝數/m3。

　　K除與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外
，還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞哈爾數為無量綱參數
，它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關，圖2為圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關係圖。由圖2可見，在ReD=2×104～7×106的範圍內，Sr可視為常數，這是儀表正常工作範圍。當測量氣體流量時，渦街流量計的流量計算式為：

　　式中，qVn、qV分別為標準狀態下（0℃或20℃
，101.325kPa）和工況下的體積流量
； Pn、P分別為標準狀態下和工況下的絕對壓力；Tn、T分別為標準狀態下和工況下的熱力學溫度；Zn、Z分別為標準狀態下和工況下氣體壓縮係數。

圖2  斯特勞哈爾數與雷諾數關係曲線

　　由式（4）kejian，wojieliuliangjishuchudemaichongpinlvxinhaobushouliutiwuxinghezufenbianhuadeyingxiang，jiyibiaoxishuzaiyidingleinuoshufanweineijinyuxuanwofashengtijiguandaodexingzhuangchicundengyouguan。danshizaiwuliaopinghengjinengyuanjiliangzhongxujiancezhiliangliuliang
，zheshiliuliangjiyingtongshijiancetijiliuliangheliutimidu，liutiwuxinghezufenjiuhuiduiliuliangjiliangchanshengzhijieyingxiang。

　　渦街流量計由傳感器和轉換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器


、濾波整形電路、DAC、輸出接口電路、端子
、支架和防護罩等。近年來智能式流量計還把微處理器
、顯示通信及其他功能模塊裝在轉換器內。

圖3  渦街流量計

在現場中的應用

1 現場應用

　　渦街流量計適用的流體廣泛
，但不適用於低雷諾數（ReD≤2×104）liuti。yinweizaidileinuoshushi，sitelaohaershusuizheleinuoshuerbian
，yibiaoxianxingdubiancha。tongshi，hangutiweilideliutiduixuanwofashengtidechongshuahuichanshengzaosheng
，qihanyoudeduanxianweiruochanraozaixuanwofashengtishangjianggaibianyibiaoxishu。

渦街流量計在混相流體中的應用如下：

　　①可用於含分散、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應小於7%～10%的氣、液兩相流
，若容積含氣率超出2%就應對儀表係數進行修正。

　　②可用於含分散
、均勻的固體微粒，含量不大於2%的氣固、液固兩相流。

　　③可用於互不溶解的液液（如油和水）兩組分流等。

　　脈mai動dong流liu和he旋xuan轉zhuan流liu會hui對dui渦wo街jie流liu量liang計ji產chan生sheng嚴yan重zhong影ying響xiang。如ru果guo脈mai動dong頻pin率lv與yu渦wo街jie頻pin率lv頻pin帶dai合he拍pai可ke能neng引yin起qi諧xie振zhen
，破po壞huai正zheng常chang工gong作zuo和he設she備bei
，使shi渦wo街jie信xin號hao產chan生sheng“鎖定（Lock-in）”現象，這時信號會固定於某一頻率。“鎖定”與脈動幅值
、旋渦發生體形狀及堵塞比等有關。

　　渦街流量計的精度對於液體大致在±0.5%R～±2%R之間，對於氣體在±l%R～±2%R之間，重複性一般為  0.2%～0.5%。由於渦街流量計的儀表係數較低
，頻率分辨率低，口徑愈大精度愈低，故儀表口徑不宜過大（DN300以下）。

　　範圍度寬是渦街流量計的特點，但重要的一點是量程下限的流量數值。一般液體平均流速下限為0.5m/s，氣體為4～5m／s。渦街流量計的正常流量在正常測量範圍的1/2～2/3處。

　　渦街流量計的優點是儀表係數不受測量介質物性的影響，可以由一種典型介質推廣到其他介質上。但由於液、氣(qi)的(de)流(liu)速(su)範(fan)圍(wei)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)，導(dao)致(zhi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)亦(yi)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)。處(chu)理(li)渦(wo)街(jie)信(xin)號(hao)的(de)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)
，濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)通(tong)帶(dai)不(bu)同(tong)，電(dian)路(lu)參(can)數(shu)亦(yi)不(bu)同(tong)
，因(yin)此(ci)

，同(tong)一(yi)電(dian)路(lu)參(can)數(shu)不(bu)能(neng)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)不(bu)同(tong)介(jie)質(zhi)。

　　另外，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時產生的信號強度與密度成正比，因此信號強度差別亦很大。液、氣放大器電路的增益
、觸發靈敏度等皆不相同，壓電電荷差別大
，電荷放大器的參數也不相同。即使同為氣體（或液體、蒸汽），隨著介質壓力
、溫度、密(mi)度(du)不(bu)同(tong)
，使(shi)用(yong)的(de)流(liu)量(liang)範(fan)圍(wei)不(bu)同(tong)，信(xin)號(hao)強(qiang)度(du)亦(yi)不(bu)同(tong)，電(dian)路(lu)參(can)數(shu)同(tong)樣(yang)要(yao)改(gai)變(bian)。因(yin)此(ci)，一(yi)台(tai)渦(wo)街(jie)流(liu)量(liang)計(ji)不(bu)經(jing)硬(ying)件(jian)或(huo)軟(ruan)件(jian)修(xiu)改(gai)
，改(gai)變(bian)使(shi)用(yong)介(jie)質(zhi)或(huo)改(gai)變(bian)儀(yi)表(biao)口(kou)徑(jing)是(shi)不(bu)可(ke)行(xing)的(de)。

2 安裝注意事項
　　渦街流量計屬於對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計
，因此
，對現場管道安裝條件應充分重視
，嚴格遵照使用說明書執行。
　　渦街流量計可安裝在室內或室外。如果安裝在地井裏，為防止被水淹沒，應選用涎水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝，但測量液體和氣體時為防止氣泡和液滴的幹擾
，要注意安裝位置（見圖4）。

圖4  測量含液體和含氣液體的流量儀表安裝
渦街流量計必須保證上、下遊直管段有必要的長度（見圖5）。

圖5  渦街流量計對上、下遊直管段長度的要求

　　在圖5中，a為一個90°彎頭，b 為同心擴管，c為同心收縮全開閥門，d為不同平麵兩個90°彎頭，e為調節閥半開閥門，f為同一平麵兩個90°彎頭。

傳感器與管道的連接如圖6所示
，在與管道連接時要注意以下問題。

圖6  傳感器與管道的連接

　　① 上、下遊配管內徑D與傳感器內徑D’相同，其差異滿足下述條件：    0.95D≤D’≤1.1D
；

　　② 配管應與傳感器同心，同軸度應小於0.05D’；

　　③ 密封墊不能凸入管道內，其內徑可比傳感器內徑大1～2mm；

　　④ 如需斷流檢查與清洗傳感器，應設置旁通管道（見圖7）；

圖7  旁通管道示意圖

　　⑤ jianxiaozhendongduiwojieliuliangjideyingxiangyinggaizuoweiwojieliuliangjixianchanganzhuangdeyigetuchuwentilaiguanzhu。shouxian，zaixuanzechuanganqianzhuangchangsuoshijinliangzhuyibikaizhendongyuan；其次，采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮；第三
，加裝管道支撐物是有效的減振方法。

　　電(dian)氣(qi)安(an)裝(zhuang)應(ying)注(zhu)意(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)之(zhi)間(jian)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)或(huo)低(di)噪(zao)聲(sheng)電(dian)纜(lan)連(lian)接(jie)，其(qi)距(ju)離(li)不(bu)應(ying)超(chao)過(guo)使(shi)用(yong)說(shuo)明(ming)書(shu)的(de)規(gui)定(ding)。布(bu)線(xian)時(shi)應(ying)遠(yuan)離(li)強(qiang)功(gong)率(lv)電(dian)源(yuan)線(xian)，盡(jin)量(liang)用(yong)單(dan)獨(du)金(jin)屬(shu)套(tao)管(guan)保(bao)護(hu)。應(ying)遵(zun)循(xun)“一點接地”原則，接地電阻應小於10Ω。整體型和分離型都應在傳感器側接地，轉換器外殼接地點應與傳感器“同地”。

3 現場常見故障現象、原因及排除方法
渦街流量計有多種檢測方式
，傳感器和測量電路差別也較大
，但渦街流量計常見的故障有共性。
結語

　　在眾多的流量計中，渦街流量計的購置費低於質量式、電磁式、容積式等類型，而安裝、運行
、維護費低於節流式、容積式、渦輪式等類型，是一種經濟性較好
、比較實用的流量計。渦街流量計結構簡單牢固
，安裝維護方便，尤其適用於冶煉廠
、化工廠、輸油管道等工業現場的使用。