涡街流量计分享

David

一、概述简介

       涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸汽等多种介质。

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二、结构组成

       涡街流量计由传感器和流量积算仪两部分组成，如图所示。传感器由旋涡发生体（阻流体）、检测元件、壳体等部分组成。流量积算仪则包括信号处理电路（由前置放大器、滤波整形电路组成）、微处理器、A／D 转换电路、按键、电源、输出接口电路、显示、通讯电路等部分组成。

       （一）旋涡发生体

       旋涡发生体与测量管道的轴线垂直，可通过焊接在壳体内或用密封件安装在壳体内，其功能就是产生卡门涡街。

       旋涡发生体是涡街流量计的主要部件，它的形状、几何参数与涡街流量计的流量特性（仪表系数、线性度、范围度、重复性等）和阻力特性密切相关，具有以下特点：

       1、应有非流线型、对称的截面，流体通过时可产生均匀的旋涡，截面的边缘锋利能使得旋涡在发生体轴线方向上同步分离；在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持恒定的斯特劳哈尔数；

       2、可产生强烈的涡街，信号的信噪比高，便于信号的检测；

       3、形状和结构简单，便于加工；

       4、满足不同介质对发生体的要求，如高温、低温、耐腐蚀、耐磨蚀、耐脏污等。

       旋涡发生体形状各异，种类繁多，据目前已开发出的旋涡发生体可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类。

       单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱、三角柱和T型，其他形状皆为这些基本形的变形。三角柱形旋涡发生体是应用最广泛的一种。

       为提高涡街强度和稳定性，可采用多旋涡发生体,不过它的应用并不普遍。

       （二）检测元件

       检测元件安装在壳体上，可采用热敏、应变、磁电、电容、应力、光电、超声等敏感元件制作，用以检测发生体产生的卡门涡街信号。其检测方式有下面几种形式：

       1、用设置在旋涡发生体内的传感器直接检测发生体两侧压力脉动，简称“体内法”；

       2、旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装传感器检测发生体两侧差压，简称“导压法”；

       3、检测旋涡发生体周围交变环流，简称“交变环流法”；

       4、检测旋涡发生体背面交变差压，简称“背面差压法”；

       5、检测尾流中旋涡列，简称“尾流法”。

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三、工作原理

       在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性的所谓涡街。

       卡门涡街是粘性不可压缩流体动力学所研究的一种现象。流体绕流高大烟囱、高层建筑、电线、油管道和换热器的管束时都会产生卡门涡街。

对圆柱绕流，涡街的每个单涡的频率f与绕流速度v成正比，与圆柱体直径d成反比，即

f=Sr(v/d)

       Sr是斯特劳哈尔数，它主要与雷诺数有关。当雷诺数为300～3×10^5时，Sr近似于常数值(0.21)；当雷诺数为3×10^5～3×10^6时，有规则的涡街便不再存在；当雷诺数大于3×10^6时，卡门涡街又会自动出现，这时Sr约为0.27。

       由此，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=vA 可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。

四、优缺点

       （一）优点

       1、结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高。

       2、安装简单，维护方便。

       3、检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长。

       4、输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高。

       5、测量范围宽，量程比大。

       6、压力损失小，运行费用低。

       （二）缺点

       1、抗振性能差，外来振动可能使测量产生误差或不能正常工作。

       2、对测量脏污介质适应性差，涡街流量计的发生体易被介质脏污或被污物缠绕，影响测量精度。

       3、直管段要求高，需要保证前40D后20D的直管段才能满足测量要求。

       4、耐温性能差，一般只能测量300℃以下介质的流体流量。

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