1、渦街流量計介紹和應用渦街流量計是液體振動流量計的一種。具有以下特點：1）輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實際體積流量成正比，它不受流 體組分、密度、壓力、溫度的影響；2）測量范圍寬，一般范圍度可達 10: 1以上；3）精確度為中上水平；4）無可動部件，可靠性高；5）結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護費較低；6）應用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣。渦街流量汁簡稱VSFiE流量計。VSF是在流體中安放一根（或多根）非流線型阻流體，流體在阻流體兩側(cè)交 替地分離釋放出兩用規(guī)則的旋渦，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道 內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測元件測出旋渦頻率就可以推算出流體的 流量。工

2、作原理在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則 的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來流的平均速度為 U,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d, 表體通徑為D,根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式f=SrU1/d=SrU/md式中U1-旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；Sr-斯特勞哈爾數(shù)；m-旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比m=1- d/Dj 1- D? + 知"9 |管道內(nèi)體積流量qv為qv=兀 D2U/4=tt D2mdf/4Sr（2）K=f/qv=兀 D2md/4Sr-1（3）式中K-流量計的儀表系數(shù)，脈

3、沖數(shù)/m3 （P/m3）。K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特 勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)。在ReD=2< 1047 x 106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時，VSF 的流量計算式為門_ pin Tn f pTrk 2n PnT Z = K PnT Z式中qVn, qV-分別為標準狀態(tài)下（0oC或20°C, 101.325kPa）和工況下的體 積流量，m3/h;Pn, P-分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；Tn, T-分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學溫度，K;Zn, Z-分別為標準狀

4、態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即 儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信號應同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。結(jié)構(gòu)VSF由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測 元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、DA轉(zhuǎn)換電路、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 示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。（1）旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件

5、，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、線性度、 范圍度等）和阻力特性（壓力損失）密切相關(guān)，對它的要求如下。1）能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離；2）在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點，保持恒定的斯特勞哈爾 數(shù)；3）能產(chǎn)生強烈的渦街，信號的信噪比高；4）形狀和結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和幾何參數(shù)標準化，以及各種檢測元件的安 裝和組合；5）材質(zhì)應滿足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化；6）固有頻率在渦街信號的頻帶外。已經(jīng)開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體 兩類。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本 形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應用最

6、廣泛的一種。為提高渦街強度和穩(wěn)定性， 可采用多旋渦發(fā)生體，不過它的應用并不普遍。檢測元件流量計檢測旋渦信號有5種方式。1)用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓；2)旋渦發(fā)生體上開設(shè)導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓；3)檢測旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流；4)檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓；5)檢測尾流中旋渦列。根據(jù)這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)(熱敏、超聲、應力、應變、電容、電磁、光電、光纖等)可以構(gòu)成不同類型的VSF如表1所示表1旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表序 號旋渦發(fā) 生體截 面形狀傳感器序 號旋渦發(fā) 生體截 面形狀傳感器檢測方 式檢測元件檢測方式檢測元件11 1力式

7、5)超聲波束94%方式2)反射鏡/光電元件2如方式2)力式3)力式5)方式1)懸臂梁/電容，懸臂梁/壓 電片熱敏元件超聲波束應變元件10s婚力式5)膜片/壓電元件11H 9力式3)扭力管/壓電元件3方式1)方式2)壓電元件 壓電元件12日如方式4)扭力管/壓電元件4方式1)方式2)方式2)膜片/電容熱敏元件振動體/電磁傳感器13方式4)振動片/光纖傳感器14力式5)超聲波束5瞰方式1)膜片/靜態(tài)電容15方式2)應變元件6方式1)磁致伸縮元件16方式1)壓電元件7方式1）膜片/壓電元件170加方式4）應變元件8方式2）熱敏元件181, M r力式5）超聲波束轉(zhuǎn)換器檢測元件把渦街信號轉(zhuǎn)換成電信號，

8、該信號既微弱又含有不同成分的噪聲, 必須進行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號不同檢測方式應配備不同特性的前置放大器，如表 2所列。表2檢測方式與前置放大器檢測方法熱敏式超聲式應義式應力電容式無電式電磁式前置放大 恒流放大 器選頻放大 器恒流放大 器電荷放大 器調(diào)諧-振動放光電放大 器低頻放大儀表表體儀表表體可分為夾持型和法蘭型優(yōu)點和局限性1 .優(yōu)點VSF結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護方便（與節(jié)流式差壓流量計相比較，無需導壓 管和三閥組等，減少泄漏、堵塞和凍結(jié)等）。適用流體種類多，如液體、氣體、蒸氣和部分混相流體。精確度教高（與差壓式，浮子式流量計比較），一般為測量值的（土 1%-士

9、 2% R。范圍寬度，可達10： 1或20: 1。壓損小（約為孔板流量計1/41/2 ）。輸出與流量成正比的脈沖信號，適用于總量計量，無零點漂移；在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號不受流體物性（密度，粘度）和組分的 影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，只需在一種典型介質(zhì)中校驗而適用于各種介質(zhì)。可根據(jù)測量對象選擇相應的檢測方式，儀表的適應性強。VSF在各種流量計中是一種較有可能成為僅需干式校驗的流量計。2 .局限性VSF不適用于低雷諾數(shù)測量（ReA2X104）,故在高粘度、低流速、小口徑 情況下應用受到限制。旋渦分離的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響， 應根據(jù)上游側(cè)不同形式 的阻

10、流件配置足夠長的直管段或裝設(shè)流動調(diào)整器（整流器） ，一般可借鑒節(jié)流式 差壓流量計的直管段長度要求安裝。力敏檢測法VSFM管道機械振動較敏感，不宜用于強振動場所。與渦輪流量計相比儀表系數(shù)較低，分辨率低，口徑愈大愈低，一般滿管式流 量計用于DN300以下。儀表在脈動流、混相流中尚欠缺理論研究和實踐經(jīng)驗。四、分類與凡種類型產(chǎn)品簡介1 .分類渦街流量計可按下述原則分類。按傳感器連接方式分為法蘭型和火裝型。按檢測方式分為熱敏式、應力式、電容式、應變式、超聲式、振動體式、光 電式和光纖式等。按用途分為普通型、防爆型、高溫型、耐腐型、低溫型、插入式和汽車專用 型等。按傳感器與轉(zhuǎn)換器組成分為一體型和分離型。按

11、測量原理分為體積流量計、質(zhì)量流量計。2 .幾種類型產(chǎn)品簡介各類渦街流量計性能比較如表3所示表3不同檢測方法渦街流量計比較檢測 變化 卜檢測技術(shù)雷諾 數(shù)范 圍簡牢靈耐執(zhí) 八、性耐 振 性耐名稱檢測 原理檢測 元件口徑/mm介質(zhì)溫度/oC范圍度單 程 度固 程 度敏 度污 能 力應用范圍熱敏 式渦 街流 舟流 速 變加熱 體冷卻熱敏 元件25200-196 +2051530104106VVXVX清潔、無腐蝕液 體、氣體超聲 式渦化聲束 被調(diào)超聲 換能25150-15+ 175303 x103XVVV小口徑液體、氣體街流制器106電容 式渦 街流壓P 變壓 差 作 用壓差 檢測膜片/電 容15300-200 +40030104106XVV液體、氣體、蒸汽應力 式渦 街流W壓差 檢測膜片/壓 電片50200-18+20516104106XVVXV液體、氣體、蒸汽振動 體式 渦街 流量 計壓差 檢測圓盤/電 磁50200-268 -4810305 X103106VXVXX極低溫液態(tài)氣體棱球/電 磁-40 +427