渦街(jiē)流量計知識講座

旋渦流量計是20世紀70年代發展起來(lái)的(de)一種新型流量儀表。因有許多(duō)優點，受到國内外廣大(dà)用(yòng)戶歡迎，發展較快(kuài)，應用(yòng)不斷擴大(dà)，在某些領域已部分(fēn)替代了(le)差壓式流量計或其他(tā)流量儀表。

旋渦流量計是利用(yòng)流體振動原理(lǐ)來(lái)進行流量測量的(de)。即在特定流動條件下(xià)，流體一部分(fēn)動能産生流體振動，且振動頻(pín)率與流體的(de)流速（或流量）有一定的(de)關系。這(zhè)種流量計可(kě)分(fēn)爲自然振蕩的(de)卡門旋渦分(fēn)離型和(hé)流體強迫振蕩的(de)旋渦進動型兩種。前者稱爲渦街(jiē)流量計（ Vortex Shedding Flow meter），後者稱爲旋進旋渦流量計（Swirl Flow meter）。除此以外，還(hái)有射流流量計（Flu-idic Flow meter）以及一種比較新型的(de)空腔振蕩流量計（ Cavity Oscillation Flow meter）也(yě)屬旋渦流量計的(de)範疇。目前用(yòng)得(de)最多(duō)的(de)是渦街(jiē)流量計

它的(de)主要特點：

1）輸出是與流量成正比的(de)脈沖信号，适用(yòng)于流體總量測量，無零點漂移；

2）與差壓式流量計、浮子流量計等相比，測量精度較高(gāo)，一般可(kě)達（±1%-±2%）R；

3）壓力損失較小，測量範圍較大(dà)，可(kě)達10：1到20：1甚至更大(dà)；

4）結構簡單牢固、維護方便、安裝費用(yòng)較低；

5）适用(yòng)範圍較廣，可(kě)用(yòng)于液體、氣體、蒸汽的(de)流量測量，氣液通(tōng)用(yòng)；

6）在一定的(de)雷諾數範圍内，輸出信号頻(pín)率不受流體物(wù)性和(hé)組分(fēn)變化(huà)影(yǐng)響，儀表系數僅與旋渦發生體形狀和(hé)尺寸有關，爲旋渦發生體的(de)标準化(huà)創造了(le)條件；

7）可(kě)根據介質和(hé)現場(chǎng)選擇相應的(de)檢測方法，儀表的(de)适應性較強。

但旋渦流量計也(yě)存在著(zhe)一定的(de)局限性：

1）它是一種速度式流量計，旋渦分(fēn)離的(de)穩定性受流速分(fēn)布影(yǐng)響，按上遊不同形式阻流件，應配置足夠長(cháng)的(de)直管段，才能保證測量精确度。不少專家認爲，它對(duì)直管的(de)要求不會比節流裝置低；

2）與同口徑渦輪流量計相比，儀表系數較低，且随口徑增大(dà)而降低，分(fēn)辨力也(yě)降低，所以滿管式儀表的(de)通(tōng)徑大(dà)都在300mm以下(xià)；

3）不适用(yòng)于低雷諾數的(de)流量測量（一般ReD≥2′ 104），所以，對(duì)于高(gāo)粘度、低流速和(hé)小口徑的(de)情況下(xià)應用(yòng)受到限制；

4）不适用(yòng)于管内有較嚴重的(de)旋轉流以及管道産生振動的(de)場(chǎng)所；

5）旋渦分(fēn)離時(shí)管内局部壓力會明(míng)顯下(xià)降，測量液體時(shí)，當壓力降到液體當時(shí)溫度所對(duì)應的(de)飽和(hé)蒸汽時(shí)，将發生氣蝕現象，因此上限流速受壓損和(hé)“氣蝕”現象限制；

6）兩相流、脈動流對(duì)測量有影(yǐng)響，在某些情況下(xià)甚至難以形成渦街(jiē)，儀表無法工作；

1 渦街(jiē)流量計測量原理(lǐ)

把一個(gè)非流線型阻流體（Bluff Body）垂直插入管道中，随著(zhe)流體繞過阻流體流動，産生附面層分(fēn)離現象，形成有規則的(de)旋渦列，左右兩側旋渦的(de)旋轉方向相反（見圖8-1）。這(zhè)種旋渦稱爲卡門渦街(jiē)。根據卡門的(de)研究，這(zhè)些渦列多(duō)數是不穩定的(de)，隻有形成相互交替的(de)内旋的(de)兩排渦列，且渦列寬度h與同列相鄰的(de)兩旋渦的(de)間距l之比滿足（對(duì)圓柱形旋渦發生體）時(shí)，這(zhè)樣的(de)渦列才是穩定的(de)。産生旋渦分(fēn)離的(de)阻流體稱爲旋渦發生體。渦街(jiē)流量計是根據旋渦脫離旋渦發生體的(de)頻(pín)率與流量之間的(de)

關系來(lái)測量流量的(de)儀表。

根據卡門渦街(jiē)原理(lǐ)，旋渦頻(pín)率f與管内平均流速u有如下(xià)關系流

式中，u1是旋渦發生體兩側平均流速（m/s）；d是旋渦發生體特征寬度（m）； St是斯特勞哈爾數（Strouhal無量綱系數），斯特勞哈爾數與旋渦發生體的(de)形狀及雷諾數有關，圖8-2所示爲圓柱形旋渦發生體的(de)斯特勞哈爾數與雷諾數之間的(de)關系圖，由圖8-2可(kě)知，當雷諾數Re在2′ 104-7′ 106的(de)範圍St基本是一個(gè)常數，m是旋渦發生體兩側弓形面積與管道内橫截面積之比對(duì)于直徑爲d的(de)圓柱形旋渦發生體

式中 D是管道内徑（m）。

瞬時(shí)體積流量（m3/s）。

儀表系數

式中，qv是通(tōng)過流量計的(de)體積流量（L/s）；f是流量計輸出的(de)信号頻(pín)率（Hz）；K是渦街(jiē)流量計儀表系數（L-1）。

式（8-3）說明(míng)，在斯特勞哈爾數St爲常數的(de)基礎上，通(tōng)過渦街(jiē)流量計的(de)體積流量與旋渦頻(pín)率成正比。儀表系數K僅與旋渦發生體幾何參數有關，而與流體物(wù)性和(hé)組分(fēn)無關。

渦街(jiē)流量計可(kě)以測量液體流量，也(yě)可(kě)以測量氣體流量。其儀表系數與管道雷諾數之間的(de)關系如圖8-3所示，我們稱爲流量計的(de)特性曲線。從圖中可(kě)以看出，該特性不受流體的(de)壓力、溫度、粘度、密度、成分(fēn)的(de)影(yǐng)響，而且水(shuǐ)的(de)特性與空氣的(de)特性基本一緻。也(yě)即水(shuǐ)标定的(de)渦街(jiē)流量計用(yòng)于氣體，儀表系數僅相差0.5%左右，不會引起明(míng)顯誤差。

2 渦街(jiē)流量計的(de)結構與分(fēn)類

2.1 渦街(jiē)流量計的(de)結構

渦街(jiē)流量計由傳感器和(hé)轉換器兩部分(fēn)組成（見圖8-1）。傳感器包括：表體；旋渦發生體；檢測元件；安裝架和(hé)法蘭等。轉換器包括：前置放大(dà)器；濾波整形電路；接線端子；支架和(hé)防護罩等。近年來(lái)問世的(de)智能式儀表還(hái)将CPU、存儲單元、顯示單元、通(tōng)信單元及其他(tā)功能模塊也(yě)裝在轉換器内，形成智能型和(hé)組合型渦街(jiē)流量計。

1.旋渦發生體

旋渦發生體是渦街(jiē)流量計的(de)關鍵部件，一般采用(yòng)1Cr18Ni12Mo2Ti不鏽鋼，儀表的(de)流量特性（儀表系數、線性度、範圍度等）和(hé)阻力特性都與它的(de)幾何參數和(hé)排列方式相關。在旋渦發生體選型及設計時(shí)，應考慮旋渦在旋渦發生體軸線方向上同步分(fēn)離的(de)特性，才能保證旋渦的(de)穩定性。爲産生強烈和(hé)穩定的(de)渦街(jiē)并在較寬雷諾數範圍内，有穩定的(de)旋渦分(fēn)離點，必須保持旋渦發生體的(de)特征寬度（迎流寬度）d不變，保證St爲常數；另外，形狀和(hé)結構力求簡單，便于加工和(hé)幾何參數标準化(huà)，便于各種檢測元件的(de)安裝與組合；爲保證儀表運行的(de)穩定性和(hé)壽命，旋渦發生體的(de)固有頻(pín)率應遠(yuǎn)離渦街(jiē)信号的(de)頻(pín)帶，以避免共振，其材質應滿足流體性質的(de)要求，耐腐蝕、耐冷(lěng)熱(rè)、耐沖刷。總結起來(lái)，旋渦發生體應滿足如下(xià)基本要求：

1）有一個(gè)鈍截面形狀（即非流線形的(de)），形狀和(hé)結構盡量簡單，便于加工和(hé)裝卸，便于安裝各種檢測元件；

2）應是上下(xià)截面形狀相同，左右對(duì)稱的(de)柱形體；

3）能控制旋渦在軸線方向上同步分(fēn)離，并有穩定的(de)旋渦分(fēn)離點，保持恒定的(de)斯特勞哈爾數；

4）柱形要有一定的(de)陡度以産生強烈的(de)渦街(jiē)，提高(gāo)信噪比；

5）材質能适應被測介質性質的(de)要求；

6）固有頻(pín)率應在旋渦信号頻(pín)率以外。

但旋渦發生體幾何參數至今還(hái)沒有比較成熟的(de)計算(suàn)方法，大(dà)多(duō)通(tōng)過實驗确定。按柱形分(fēn)，它有圓柱、三角柱、梯形柱、T形柱、矩形柱等；按結構分(fēn)，它有單體、雙體和(hé)多(duō)體之分(fēn)。如圖8-4所示爲常見的(de)單體和(hé)多(duō)體旋渦發生體的(de)截面形狀，流體流動方向自左向右。

圓柱形旋渦發生體是形狀最簡單的(de)旋渦發生體，加工方便，阻力系數小，St比較高(gāo)。但是随著(zhe)雷諾數的(de)變化(huà)，其旋渦分(fēn)離點會随圓柱表面移動，渦街(jiē)的(de)穩定性和(hé)儀表線性度較差，現基本已被有固定旋渦分(fēn)離點的(de)其他(tā)柱形所代替。

雙體或多(duō)體旋渦發生體是爲了(le)提高(gāo)渦街(jiē)強度和(hé)穩定性，降低下(xià)限雷諾數和(hé)阻力系數而被逐步采用(yòng)的(de)。它由主發生體和(hé)輔助發生體組成。位于上遊的(de)發生體陡度較小，其作用(yòng)是分(fēn)流和(hé)起旋，爲旋渦增強作準備，故稱輔助發生體。位于下(xià)遊的(de)發生體陡度較大(dà)，檢測元件或傳感器大(dà)都安裝在下(xià)遊發生體内，或它的(de)上下(xià)遊附近，故稱主發生體。當形狀、尺寸以及兩者距離選擇合适時(shí)，可(kě)産生更強、更穩定的(de)卡門渦街(jiē)。

2.旋渦信号檢測

伴随旋渦的(de)形成和(hé)分(fēn)離，旋渦發生體周圍流體會同步發生流速、壓力變化(huà)和(hé)下(xià)遊尾流周期振蕩。依據這(zhè)些現象可(kě)以進行旋渦分(fēn)離頻(pín)率的(de)檢測。綜合起來(lái)檢測技術可(kě)概括以下(xià)兩大(dà)類。

1）檢測旋渦發生後在旋渦發生體上受力的(de)變化(huà)頻(pín)率，即受力檢測類，一般可(kě)用(yòng)應力、應變、電容、電磁等檢測技術。

2）檢測旋渦發生後在旋渦發生體附近的(de)流動變化(huà)頻(pín)率，即流速檢測類，一般可(kě)用(yòng)熱(rè)敏、超聲、光(guāng)電（光(guāng)纖）等檢測技術。

不管采用(yòng)哪一種檢測技術，就其檢測旋渦頻(pín)率信号的(de)方式主要有以下(xià)5種：

a）用(yòng)安裝在旋渦發生體内的(de)檢測元件直接檢測發生體兩側差壓的(de)方式；

b）在旋渦發生體上開設導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件，檢測發生體兩側差壓的(de)方式；

c）檢測旋渦發生體周圍交變環流的(de)方式；

d）檢測旋渦發生體背面交變差壓的(de)方式；

e）檢測尾流中旋渦列的(de)方式。

根據這(zhè)五種檢測方式，采用(yòng)不同的(de)檢測技術就構成了(le)不同類型的(de)渦街(jiē)流量計，表8-1爲各種旋渦發生體常用(yòng)的(de)檢測方式一覽表。

在設計檢測元件時(shí)必須考慮選用(yòng)的(de)檢測元件性能穩定，在儀表壽命期内工作特性基本不變。有較寬的(de)動态工作範圍和(hé)較快(kuài)的(de)
 

響應特性，複現性和(hé)互換性好，體積小，不因它的(de)安裝而影(yǐng)響儀表的(de)流量特性；适合批量生産，造價合理(lǐ)，能适應不利（腐蝕、振動、高(gāo)低溫、沖刷）的(de)工作條件，工作可(kě)靠。表8-2列出了(le)不同檢測方法渦街(jiē)流量計及性能。

3.轉換器

轉換器将檢測元件檢測到的(de)微弱電信号進行放大(dà)、濾波、整形等處理(lǐ)，輸出與流量成比例的(de)脈沖信号。對(duì)于流量顯示儀，一般還(hái)轉換成4-20mA的(de)标準信号。其電路框圖如圖8-5所示。不同檢測方法應配備不同特性的(de)前置放大(dà)器，如表8-3所示。後面的(de)濾波、整形D/A（F/I）轉換電路則無根本區(qū)别。

2.2 渦街(jiē)流量計的(de)分(fēn)類

按照(zhào)不同的(de)分(fēn)類方法，渦街(jiē)流量計可(kě)以分(fēn)成以下(xià)幾類。

1.按流量傳感器與管道連接方式分(fēn)類

可(kě)以分(fēn)成法蘭連接型（法蘭型）和(hé)法蘭夾裝型（夾裝型或夾持型）兩類，其儀表表體分(fēn)别如圖8-6a和(hé)b所示。

2.按檢測方法分(fēn)類

1）電容式渦街(jiē)流量計；

2）應力式渦街(jiē)流量計；

3）應變式渦街(jiē)流量計；

4）振動體式渦街(jiē)流量計；

5）光(guāng)電式渦街(jiē)流量計；

6）熱(rè)敏式渦街(jiē)流量計；

7）超聲式渦街(jiē)流量計；

8）其他(tā)檢測方式渦街(jiē)流量計。

各種檢測方法的(de)測量原理(lǐ)如下(xià)。

（1）差動電容式渦街(jiē)流量計

在旋渦發生體兩側面（或旋渦發生體外部）設置差動電容傳感器，其結構原理(lǐ)如圖8-7a。兩個(gè)電容中間密封的(de)電介質一般爲矽油，電介質在内部是連通(tōng)的(de)。兩個(gè)外極闆中間充滿矽油可(kě)以提高(gāo)差壓測量的(de)敏感性，可(kě)減小靜壓誤差。在脈動差壓作用(yòng)下(xià)，電容值的(de)變化(huà)是差動的(de)。兩電容接成差動電容電橋，經信号處理(lǐ)電路轉換成與旋渦頻(pín)率相應的(de)脈沖信号或電流信号，如圖8-7b所示。近年來(lái)，電容式渦街(jiē)流量計得(de)到了(le)迅速的(de)發展，在測量範圍、工作溫度範圍和(hé)抗振性能等方面都有明(míng)顯改進。如何适應髒污介質和(hé)腐蝕性介質是它有待改進的(de)問題。

（2）應力式渦街(jiē)流量計

在旋渦發生體内（或旋渦發生體外部）埋置壓電晶體，利用(yòng)壓電晶體對(duì)應力的(de)敏感性，檢測所受到的(de)交變應力來(lái)反映旋渦分(fēn)離頻(pín)率（見圖8-8），轉換成交變的(de)電荷信号，經電荷放大(dà)、濾波、整形後輸出與旋渦頻(pín)率相應的(de)脈沖信号或電流信号。壓電傳感器響應快(kuài)、信号強、工藝性好、制造成本低。工作溫度範圍寬、可(kě)靠性好，在國内外發展較快(kuài)，已有系列化(huà)産品。可(kě)廣泛用(yòng)于液體、氣體、蒸汽流量的(de)測量。但抗振性較差，選用(yòng)時(shí)應充分(fēn)注意現場(chǎng)振動情況，采取可(kě)靠抗振措施。

（3）應變式渦街(jiē)流量計

旋渦發生體兩側的(de)旋渦交替分(fēn)離時(shí)，柱體将受到交變的(de)橫向外力作用(yòng)，從而産生相應的(de)形變。因此，可(kě)以利用(yòng)埋于雙旋渦發生體靈敏部位的(de)應變元件，通(tōng)過測量應變來(lái)檢測旋渦分(fēn)離頻(pín)率。通(tōng)過自動增益控制A放大(dà)電路和(hé)整形電路，獲得(de)渦街(jiē)信号。這(zhè)種儀表檢測靈敏度較低，目前隻用(yòng)于液體和(hé)有一定粘度的(de)糖漿、重油流量測量。其測量原理(lǐ)如圖8-9所示。

（4）振動體式渦街(jiē)流量計

在旋渦發生體軸向開設柱形深孔，孔内放置軟磁材料制作的(de)輕質空心小球或圓盤（統稱振動體），旋渦分(fēn)離時(shí)産生的(de)差壓推動振動體上下(xià)運動，位于振動體上方的(de)電磁傳感器（見圖8-10）檢測出旋渦頻(pín)率。這(zhè)種儀表的(de)應用(yòng)局限于蒸汽、液态氣體等清潔度很高(gāo)的(de)介質或一些特殊場(chǎng)合。

（5）光(guāng)電式渦街(jiē)流量計

旋渦分(fēn)離産生的(de)差壓被引到外面，作用(yòng)到可(kě)繞拉緊帶擺動的(de)反射鏡上。發光(guāng)管發射的(de)光(guāng)被反射到光(guāng)電管，反射鏡受交變差壓作用(yòng)而擺動，光(guāng)電管接受到的(de)光(guāng)強同步變化(huà)，通(tōng)過光(guāng)電放大(dà)器、整形電路輸出渦街(jiē)脈沖信号。采用(yòng)光(guāng)纖傳感器同樣可(kě)以測量渦街(jiē)信号。這(zhè)種檢測方式靈敏度很高(gāo)，可(kě)測流速較低的(de)氣體流量。主要用(yòng)于發動機試驗裝置進氣量的(de)測量。由于測量系統比較複雜(zá)，目前我國尚無此類儀表。

（6）熱(rè)敏式渦街(jiē)流量計

采用(yòng)對(duì)流速敏感的(de)熱(rè)敏元件，通(tōng)過測量因旋渦分(fēn)離引起的(de)流速變化(huà)來(lái)反映旋渦分(fēn)離頻(pín)率。把自熱(rè)式熱(rè)敏電阻置于旋渦發生體底部或适當部位（見圖8-11），旋渦分(fēn)離引起局部流速脈動，使阻值變化(huà)。一般采用(yòng)負溫度系數的(de)熱(rè)敏電阻，采用(yòng)恒流電路進行檢測。電路把阻值變化(huà)轉換爲交變電壓信号，經差動放大(dà)、濾波、整形輸出渦街(jiē)脈沖信号。這(zhè)種儀表檢測靈敏度高(gāo)，下(xià)限流速較低，對(duì)管道振動不敏感，但工作溫度上限不高(gāo)，多(duō)用(yòng)于清潔、無腐蝕介質的(de)流量測量。

(7)超聲式渦街(jiē)流量計

如圖8-12所示，在旋渦發生體下(xià)遊對(duì)稱安裝超聲波發射換能器及接收換能器，發射換能器将等幅連續的(de)聲波發射到流體中去，聲波橫穿流體傳播，當聲波通(tōng)過旋渦時(shí)，引起聲束偏轉，每一對(duì)旋轉方向相反的(de)旋渦對(duì)聲波産生一個(gè)周期性的(de)變化(huà)。經接收探頭轉換成電信号，經電路放大(dà)、檢波、整形後獲得(de)旋渦信号。這(zhè)種儀表具有非接觸測量的(de)優點且具有較高(gāo)的(de)檢測靈敏度，下(xià)限流量較低。但由于溫度對(duì)聲調制有影(yǐng)響，流場(chǎng)的(de)變化(huà)和(hé)液體中所含的(de)氣泡對(duì)測量的(de)影(yǐng)響也(yě)很明(míng)顯，所以該儀表一般隻用(yòng)于溫度變化(huà)較小的(de)氣體和(hé)含氣量很小的(de)液體流量測量。

3.按傳感器結構形式分(fēn)類

按傳感器結構形式可(kě)以分(fēn)成：

1)管道式渦街(jiē)流量計，傳感器殼體如圖8-6所示，一般隻用(yòng)于中小管口徑管道的(de)流量測量。

2)插入式渦街(jiē)流量計，傳感器本身不帶測量管，使用(yòng)時(shí)将傳感器插入到被測管道中的(de)某一點進行測量。一般用(yòng)于大(dà)口徑管道的(de)流量測量。

插入式渦街(jiē)流量計與測量管道的(de)連接方式有：

1)外螺紋管式連接，帶調節功能，可(kě)調節插入杆的(de)深度；

2)内螺紋球閥式連接，帶調節功能，可(kě)調節插入杆的(de)深度，可(kě)在線裝卸流量計；

3)法蘭式連接，帶調節功能，可(kě)調節插入杆的(de)深度；

4)法蘭帶球閥式連接，帶調節功能，可(kě)調節插入杆的(de)深度，可(kě)在線裝卸流量計。

4.按用(yòng)途分(fēn)類

1)防爆型渦街(jiē)流量計，用(yòng)于石油化(huà)工等防爆系統。

2)高(gāo)溫型渦街(jiē)流量計，用(yòng)于測量蒸汽等高(gāo)溫介質。

3)極低溫型渦街(jiē)流量計，傳感器和(hé)轉換器都能适應低溫要求，用(yòng)于測量如液氧、液氮等極低溫介質。

4)耐腐型渦街(jiē)流量計，測量普通(tōng)不鏽鋼不能承受的(de)強腐蝕性介質，如強酸、強堿，氯化(huà)氫、硫化(huà)氫等。

5)汽車專用(yòng)渦街(jiē)流量計，專用(yòng)于測量汽車發動機進氣量， 其特點是動态範圍寬，幾乎無直管段要求。

6)自動控制系統用(yòng)渦街(jiē)流量變送器，輸出4-20mA标準電流信号，與調節儀表或工控機聯用(yòng)，實現工業過程自動控制，要求變送器有很高(gāo)的(de)可(kě)靠性和(hé)穩定性。

7)質量型渦街(jiē)流量計，應用(yòng)旋渦發生體的(de)阻力特性或旋渦強度與介質密度有關的(de)原理(lǐ)，測量旋渦發生體前後差壓或旋渦信号幅值與旋渦頻(pín)率，綜合得(de)出質量流量的(de)儀表。

5.按傳感器和(hé)轉換器的(de)組成分(fēn)類

1)一體型渦街(jiē)流量計

傳感器與轉換器整體裝配在一起，結構緊湊。

2)分(fēn)離型渦街(jiē)流量計

傳感器與轉換器分(fēn)離，轉換器可(kě)脫離高(gāo)溫、腐蝕等工作場(chǎng)合，但由于傳感器輸出信号較微弱，信号傳輸線長(cháng)度受到限制，應考慮信号匹配問題。

6.按傳感器是否帶微處理(lǐ)器分(fēn)類

可(kě)以分(fēn)成：

1)普通(tōng)渦街(jiē)流量計;

2)智能型渦街(jiē)流量計。

3 渦街(jiē)流量計的(de)主要參數

渦街(jiē)流量計的(de)主要參數包括其技術指标參數，如流量範圍、測量精度、壓力損失、氣穴等。

1.主要技術指标

(1)被測介質

液體、氣體或蒸汽，一般應避免多(duō)相流和(hé)高(gāo)粘流體。

(2)測量精度

對(duì)于液體爲±O.5%R-± 1%R；對(duì)于氣體和(hé)蒸汽爲±1%R-±1.5%R；對(duì)于插入式儀表爲±2%R。

如果爲模拟信号輸出而非脈沖信号時(shí)，測量精度應在上述值上再加±O.1%F.S.o

(3)重複性

± O.2%R-± O.25%R。

(4)測量範圍

測量範圍分(fēn)爲流速可(kě)測範圍和(hé)保證測量精度的(de)流速範圍。可(kě)測流速範圍的(de)最小流速與被測介質粘度和(hé)密度有關，如圖8-13和(hé)圖8-14所示爲YEWFLO例。保證精度的(de)最小流速爲圖8-13中的(de)值和(hé)圖8-14中值的(de)4倍(對(duì)于150mm到300mm口徑的(de)取8倍)中取較大(dà)者。最大(dà)流速對(duì)于液體一般小于10m/s，對(duì)于氣體或蒸汽，一般小于80m/so

如果取氣體最小流速umin=3.7m/s，最大(dà)流速umax=75m/s；液體最小流速umin=O.42m/s，最大(dà)流速umax=9.Om/s，則渦街(jiē)流量計的(de)流量測量範圍如表8-4所示。

随著(zhe)壓力的(de)增高(gāo)，氣體最小流速可(kě)适當降低。

(5)儀表系數

渦街(jiē)流量計的(de)儀表系數可(kě)分(fēn)爲體積流量儀表系數Kω和(hé)質量流量儀表系數Kmo，它們是由生産廠家在儀表出廠前在常溫狀态下(xià)标定得(de)到的(de)。可(kě)由式(8-5)定義。

當儀表工作狀态與标定狀态相差較大(dà)時(shí)，應對(duì)儀表系數進行修正，使用(yòng)狀态下(xià)的(de)儀表系數爲

式中，Et是溫度修正系數；ER是雷諾數修正系數；ED是管徑偏差修正系數；ES是兩相流修正系數。

溫度修正系數Et可(kě)用(yòng)式(8-7)計算(suàn)。

式中，αb是傳感器測量管材料線膨脹系數；αx是旋渦發生體材料線膨脹系數；t是儀表工作溫度(° C)；to是标定時(shí)溫度(° C)o

雷諾數修正系數ER是用(yòng)來(lái)修正使用(yòng)雷諾數超出規定的(de)下(xià)限雷諾數時(shí)帶來(lái)的(de)測量誤差，一般，儀表制造廠家應提供該修正系數。表8-5所示爲某廠提供的(de)當雷諾數在5000-40000範圍内變化(huà)時(shí)的(de)雷諾數修正系數，其他(tā)渦街(jiē)流量計可(kě)以參考使用(yòng)。

兩相流修正系數ES用(yòng)來(lái)修正液體中容積含氣率不大(dà)于10%且均勻分(fēn)布時(shí)引起的(de)測量誤差，一般ES在0.9940-0.9950之間。當流體中的(de)容積含氣率太大(dà)時(shí)，就會出現較大(dà)的(de)測量誤差，甚至不能形成穩定的(de)卡門渦街(jiē)。

管徑偏差修正系數ED用(yòng)來(lái)修正傳感器内徑DN和(hé)配管内徑D之間有偏差時(shí)産生的(de)測量誤差，可(kě)用(yòng)式(8-8)來(lái)計算(suàn)ED：

(6)其他(tā)參數

包括介質溫度範圍，最大(dà)工作壓力，輸出信号，防爆性能等。

2.壓力損失

渦街(jiē)流量計的(de)壓力損失比較低，一般可(kě)用(yòng)式(8-9)或式(8-10)計算(suàn)

式中 Δp是壓力損失(kPa)；ρ是使用(yòng)狀态下(xià)介質密度(kg/m3)；u是流速(m/s)；qv是體積流量(m3/h)；D是管道内徑(mm)。

測量水(shuǐ)時(shí)，最大(dà)壓力損失(流速u=10m/s)約爲110kPa；

測量常壓下(xià)空氣時(shí)，最大(dà)壓力損失(流速u=80m/s)約爲9.1kPa。

3.氣穴

測量液體流量時(shí)，爲了(le)防止産生氣穴，要計算(suàn)最大(dà)流量時(shí)流量計下(xià)遊的(de)最低工作壓力。該壓力p可(kě)用(yòng)式(8-11)計算(suàn)。

式中 ρ是渦街(jiē)流量計下(xià)遊殼體内壓力(kPa)；Δp是壓力損失(kPa)；pv是使用(yòng)溫度下(xià)，液體的(de)絕對(duì)飽和(hé)蒸汽壓(kPa)。

4 渦街(jiē)流量計的(de)選型和(hé)安裝使用(yòng)

4.1 類型和(hé)結構的(de)選擇

按被測介質、環境、使用(yòng)要求等選擇合适類型與結構的(de)渦街(jiē)流量計。滿管式渦街(jiē)流量計，口徑大(dà)多(duō)爲15-300mm；口徑大(dà)于300mm的(de)建議(yì)選用(yòng)插入式渦街(jiē)流量計。

4.2 被測流體的(de)适應性

渦街(jiē)流量計可(kě)測液體、氣體和(hé)蒸汽，選表時(shí)對(duì)被測流體狀況需作分(fēn)析。

1.含固體的(de)流體

含固體微粒的(de)流體對(duì)旋渦發生體和(hé)傳感器的(de)沖刷會産生與渦街(jiē)信号無關的(de)噪聲，磨損旋渦發生體、改變儀表系數、影(yǐng)響測量精确度，選用(yòng)時(shí)應加以考慮。不得(de)已時(shí)應在上遊安裝過濾器或對(duì)儀表進行定期檢定。如流體中含短纖維，纖維要短到不會纏繞旋渦發生體和(hé)傳感元件。

2.易結垢或沉澱流體

旋渦發生體表面有污垢和(hé)沉積物(wù)會使發生體形狀和(hé)尺寸變化(huà)，影(yǐng)響儀表系數；傳感元件表面出現此現象會降低靈敏度，應經常清洗除垢。

3. 混相流體

1)渦街(jiē)流量計可(kě)用(yòng)于含分(fēn)散、均勻的(de)微小氣泡，但容積含氣體率應小于7%-10%的(de)氣-液兩相流；如超出2%還(hái)應對(duì)儀表系數進行修正。

2)可(kě)用(yòng)于含分(fēn)散、均勻的(de)固體微料，含量(質量分(fēn)數)不大(dà)于2%的(de)氣-固、液-固兩相流。

3)可(kě)用(yòng)于互不溶解的(de)液-液(如油-水(shuǐ))兩組分(fēn)流，但流速須大(dà)于O.5m/s，否則會受含量影(yǐng)響。

4.脈動流

渦街(jiē)流量計在定常流時(shí)測量準确，但管路系統中如有羅茨式鼓風機、往複式水(shuǐ)泵等動力機械，會産生較強脈動，如脈動頻(pín)率處在渦街(jiē)頻(pín)帶内，這(zhè)将是測量誤差的(de)主要來(lái)源，脈動嚴重時(shí)甚至不能形成卡門渦街(jiē)。

選表時(shí)要了(le)解工況，卡門旋渦強度用(yòng)升力FL計算(suàn)式爲

式中，CL是旋渦發生體升力系數，無量綱，與旋渦發生體形狀和(hé)尺寸有關；ρ是介質密度(kg/m3)；u是平均流速(m/s)。

若脈動壓力PN與FL之比PN/FL較大(dà)，會影(yǐng)響測量，實驗表明(míng)，PN/SK<15是必要條件，而PN/FL<3則是較理(lǐ)想的(de)條件。

測量脈動流可(kě)采用(yòng)脈動緩沖措施，抑制脈動壓力，如在儀表上遊測量管路中設置緩沖容器和(hé)孔闆，可(kě)衰減脈動壓力。

5.粘性流體

各種渦街(jiē)流量計都有确定的(de)雷諾數範圍，儀表在下(xià)限雷諾數Remin以下(xià)工作時(shí)，斯特勞哈爾數St已不是常數(如圖8-15所示)，儀表的(de)線性度變差，所以測量粘性流體時(shí)，最小流量應由下(xià)限雷諾數确定，而儀表可(kě)使用(yòng)的(de)介質最大(dà)粘度由式(8-13)來(lái)确定，用(yòng)戶可(kě)根據使用(yòng)說明(míng)書(shū)中給出下(xià)限雷諾數和(hé)有關圖表，以及儀表的(de)口徑和(hé)使用(yòng)最小流量，确定可(kě)應用(yòng)的(de)粘度範圍。

式中，y是動力粘度(Pa· s)；qmmin是最小質量流量(kg/s)；D

是儀表通(tōng)徑(m)；ReDmin是最小管道雷諾數。

4.3 流量範圍和(hé)口徑的(de)确定

由于渦街(jiē)流量計的(de)輸出頻(pín)率是與使用(yòng)狀态下(xià)流過儀表的(de)體積流量成正比的(de)，所以，首先應明(míng)确用(yòng)戶提出的(de)工作條件，包括流體名稱、成分(fēn)、密度、粘度、工作壓力和(hé)溫度的(de)範圍以及流量範圍和(hé)單位(即标準狀态下(xià)體積流量或質量流量)等。如果是标準狀态下(xià)體積流量或質量流量，應把标準狀态體積流量或質量流量根據式(8-14)和(hé)式(8-15)換算(suàn)成工作狀态體積流量，查對(duì)使用(yòng)說明(míng)書(shū)中給出的(de)流量範圍(類似表8-4)就可(kě)以确定儀表口徑。

式中，T、p分(fēn)别是工作狀态下(xià)的(de)熱(rè)力學溫度和(hé)絕對(duì)壓力(Pa)；qvo是标準狀态(ρ=101325Pa，T=20° C)下(xià)體積流量(m3/h)；是工作狀态下(xià)介質密度；Z是氣體的(de)壓縮系數。

4.4 渦街(jiē)流量計安裝使用(yòng)

1.安裝

渦街(jiē)流量計有許多(duō)種結構形式，安裝、維修人(rén)員(yuán)必須了(le)解所裝儀表的(de)具體結構、特點以及流量信号的(de)轉換，了(le)解信号傳輸過程中各環節的(de)作用(yòng)，按産品說明(míng)書(shū)進行安裝使用(yòng)。

一般來(lái)說，渦街(jiē)流量傳感器的(de)安裝應注意以下(xià)幾點。

1)選擇合理(lǐ)的(de)安裝場(chǎng)所

安裝場(chǎng)所應避開強電力設備、高(gāo)頻(pín)設備、強電源開關設備；避開高(gāo)溫熱(rè)源和(hé)輻射熱(rè)掘影(yǐng)響；避開高(gāo)溫和(hé)強腐蝕氣氛影(yǐng)響；避開強烈振動并且安裝、布線、維修方便。

2)上下(xià)遊配管應滿足安裝要求

多(duō)數傳感器可(kě)水(shuǐ)平、垂直或傾斜安裝，但有的(de)傳感器(如振動體式和(hé)光(guāng)電式)隻能水(shuǐ)平安裝，安裝時(shí)傳感器流向标志要與介質流向一緻。如介質是液體，要保證液體充滿管道。且傳感器上下(xià)遊應配足夠長(cháng)的(de)直管段，不同形式阻流件應配置的(de)直管段長(cháng)度列于表8-6。配管應與傳感器同心，同軸偏差應不大(dà)于O.05DN。配管内徑D與傳感器内徑DN之間的(de)差異應滿足0.98DN≤D≤1.05DN的(de)要求，并對(duì)儀表系數K按式（8-8）進行修正。如要安裝流動調整器，則裝在流量傳感器上遊，且應有不小于6D直管段長(cháng)度。如加裝過濾器，則應安裝在流動調整器上遊，且保證傳感器上遊最短直管段長(cháng)度。流量、壓力調節閥應裝在傳感器下(xià)遊5D以外。測溫孔和(hé)測壓孔位置，測壓孔應設在傳感器上遊ID和(hé)下(xià)遊4D處；測溫孔應設在傳感器下(xià)遊（6-7）D處。

3）減振措施

渦街(jiē)流量計是以流體振蕩原理(lǐ)工作的(de)，因此傳感器安裝應避開強烈振動，特别是“橫向”振動。如儀表裝在振動較強的(de)管道上，應采取減振措施，在傳感器上下(xià)遊2D處分(fēn)别設置防振座并加防振墊。

4）旁通(tōng)管的(de)安裝

爲了(le)不斷流地檢查與清洗傳感器，一般應設置旁通(tōng)管道，如圖8-16所示。

5）測量少量異相的(de)氣液兩相流時(shí)，應注意傳感器的(de)安裝位置。

測量液體時(shí)，管道中可(kě)能存在少量沒有完全排除的(de)不穩定氣相或液體氣化(huà)的(de)氣相。爲防止氣體在傳感器内滞留，應按圖8-17a所示正确位置安裝。

測量氣體時(shí)，管道中可(kě)能存在少量沒有完全排除的(de)不穩定液相或所測氣體或蒸汽由于冷(lěng)卻降溫而産生冷(lěng)凝液。爲防止液體在傳感器内滞留，應按圖8-17b所示正确位置安裝，最好能垂直安裝，流體自下(xià)而上通(tōng)過傳感器。測高(gāo)、低溫流體時(shí)傳感器自身應有有效的(de)保溫措施。

6）傳感器與轉換器的(de)接線

分(fēn)離型渦街(jiē)流量計的(de)傳感器與轉換器之間的(de)電氣連接應采用(yòng)屏蔽電纜或低噪聲電纜，其距離應不超過安裝使用(yòng)說明(míng)書(shū)規定，布線時(shí)應遠(yuǎn)離強功率電源線，盡可(kě)能單獨用(yòng)金屬套管保護。轉換器可(kě)裝在安裝架上或就近放在保護箱内。

7）接地

遵循“一點接地”原則，接地電阻應小于10Ω。整體型和(hé)分(fēn)離型都應在傳感器側接地。轉換器外殼接地點也(yě)應與傳感器“同地”。

2.檢查和(hé)調試

整套流量計安裝完畢後必須進行如下(xià)檢查和(hé)調試。

1）檢查

現場(chǎng)安裝完畢通(tōng)電和(hé)通(tōng)流前應檢查主管和(hé)旁通(tōng)管上各法蘭、閥門、測壓孔、測溫孔及接頭應無滲漏現象；管道的(de)振動情況是否符合使用(yòng)說明(míng)書(shū)規定；傳感器安裝是否正确；各部分(fēn)電氣連接是否良好。

2）接通(tōng)電源靜态調試

在通(tōng)電不通(tōng)流時(shí)轉換器應無輸出，瞬時(shí)流量指示爲零，累積流量無變化(huà)。否則首先檢查是否因信号線屏蔽或撞地不良，或管道振動強烈而引入幹擾信号。如确認不是上述原因時(shí)，可(kě)調整轉換器内電位器，降低放大(dà)器增益或提高(gāo)整形電路觸發電平，直至輸出爲零。

3）通(tōng)流動态調試

關旁通(tōng)閥，打開上下(xià)遊閥門，流動穩定後轉換器輸出連續的(de)脈寬均勻的(de)脈沖，流量指示穩定無跳變。調閥門開度，輸出随之改變。否則應細緻地檢查并調整電位器直至儀表輸出即無誤觸發又無漏脈沖爲止。