渦流流量計在一定流量條件下，一部分流體動能將轉(zhuǎn)化為流體振動，其振動頻率和流量（流量）有一定的比例關(guān)系，根據(jù)這一原理工作流量計稱為流體振動流量計。目前，流體振動流量計有三種類型：渦街流量計，進動（渦旋進動）流量計和噴射流量計。渦街流量計具有以下特點：

①輸出脈沖頻率，被測流體的頻率與實際體積流量成正比，從流體組成，密度，壓力，溫度等方面;

②測量范圍寬，一般范圍可達10：1以上;

③上位精度;

④無活動部件，可靠性高;

⑤結(jié)構(gòu)簡單堅固，安裝方便，維護成本低;

⑥應(yīng)用范圍廣泛，適用于液體，氣體和蒸汽。

工作準(zhǔn)則

    渦流發(fā)生器（止動器）設(shè)置在流體中，并且從漩渦發(fā)生器的兩側(cè)交替產(chǎn)生規(guī)則的渦流。這個漩渦稱為卡曼渦流（見圖1）。漩渦柱在渦流發(fā)生器的不對稱下游排列。根據(jù)卡曼渦街原則，以下關(guān)系：

式中，m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；D為表體通徑；d為旋渦發(fā)生體迎面寬度；f為旋渦的發(fā)生頻率；U1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速；Sr為斯特勞哈爾數(shù)；U為被測介質(zhì)流的平均速度。

圖1  卡曼渦街

管道內(nèi)體積流量qv為：

式中， K為流量計的儀表系數(shù)，單位為脈沖數(shù)/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)，圖2為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖2可見，在ReD=2×104～7×106的范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0℃或20℃，101.325kPa）和工況下的體積流量； Pn、P分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力；Tn、T分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度；Zn、Z分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

圖2  斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線

　　從等式（4）可以看出，從渦街流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體性質(zhì)和組成的變化的影響，即儀器系數(shù)僅與形狀和尺寸有關(guān)渦流發(fā)生器和管道在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)。但是在物質(zhì)平衡和能量測量中要在質(zhì)量流量中進行測量，則流量計還應(yīng)監(jiān)測體積流量和流體密度，流體性質(zhì)和組分將對流量測量有直接影響。

　　渦街流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括渦流發(fā)生器（電阻流體），檢測元件，儀表體等。轉(zhuǎn)換器包括前置放大器，濾波器整形電路，DAC，輸出接口電路，終端，支架和屏蔽。近年來，智能流量計還具有微處理器，顯示通訊等功能模塊安裝在轉(zhuǎn)換器中。

圖3  渦街流量計

在現(xiàn)場中的應(yīng)用

1 現(xiàn)場應(yīng)用

渦街流量計適用于各種流體，但不適用于低雷諾數(shù)（ReD≤2×104）流體。由于雷諾數(shù)低，施勞報數(shù)雷諾數(shù)變化，儀器線性變差。同時，含有流體的固體顆粒在漩渦身體的沖刷中會產(chǎn)生噪音，其中包含纏繞在渦流發(fā)生器中的短纖維將改變儀器系數(shù)。

渦街流量計在混合流體中的應(yīng)用如下：

①可用于分散，均勻的微氣泡，但氣體含量的體積應(yīng)小于氣體的7％?10％，液體兩相流量，如果氣體含量超過儀器的2％被糾正

②可用于分散，均勻的固體顆粒，含量不超過2％的固體，液固兩相流。

③可用于彼此不溶的液體（如油和水）兩個分流器等。

　　脈動流和渦流會對渦街流量計產(chǎn)生嚴(yán)重影響。如果脈動頻率和渦流頻帶一起可能引起共振，破壞正常工作和設(shè)備，渦流信號產(chǎn)生“鎖定（鎖定）”現(xiàn)象，則信號將以一定頻率固定。 “鎖”與脈動振幅，渦體形狀和堵塞率有關(guān)。渦流流量計的精度在液體的±0.5％R和±2％R之間，氣體在±1％R和±2％R之間的精度為0.2％至0.5％。由于渦流流量計的儀表系數(shù)為低，頻率分辨率低，口徑越大，精度越低，所以儀器不應(yīng)該是太大口徑（DN300以下）。

　　范圍的寬度是渦街流量計的特性，但重要的是流量值的較低范圍。平均液體流量為0.5m / s，氣體為4?5m / s。渦街流量計的正常流量優(yōu)于正常測量范圍的1/2?2/3。

　　渦流流量計的最大優(yōu)點在于儀表因素不受測量介質(zhì)的物理性能的影響，可以從典型的介質(zhì)擴展到其他介質(zhì)。然而，由于液體和氣體的流量范圍非常不同，導(dǎo)致了寬范圍的頻率范圍。在處理渦流信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數(shù)不同。因此，相同的電路參數(shù)不能用于測量不同的介質(zhì)。

　　此外，氣體和液體的密度非常不同，當(dāng)渦流分離時產(chǎn)生的信號強度與密度成正比，因此信號強度也非常不同。液體，氣體放大電路電路增益，觸發(fā)靈敏度不一樣，壓電電荷差大，電荷放大器參數(shù)不一樣。 即使使用相同的氣體（或液體，蒸汽），具有中等壓力，溫度，密度，使用不同的流量范圍，信號強度不同，電路參數(shù)相同。 因此，無需硬件或軟件的渦街流量計變更，更換使用介質(zhì)或更換儀器口徑是不可行的。

2安裝注意事項

　　渦街流量計是一種對流量分布，回旋流量和流量脈動敏感的流量計。因此，嚴(yán)格按照現(xiàn)場管道的安裝條件，嚴(yán)格按照說明進行操作。

渦街流量計可安裝在室內(nèi)或室外。如果安裝在地面上，為防止淹水，應(yīng)使用唾液型傳感器。傳感器可以水平，垂直或傾斜地安裝在管道上，但是為了防止在測量液體和氣體時產(chǎn)生空氣和液滴干擾，請注意安裝位置（見圖4）。

圖4液體和液體流量計安裝的測量

渦流流量計必須確保上下直管段具有必要的長度（見圖5）。

圖5渦流流量計上下游直管長度要求

在圖5中，a為90°彎頭，b為同心膨脹管，c為同心收縮全閥，d為不同平面兩個90°彎頭，e為控制閥半開閥，f為同一平面兩個90°肘部。

傳感器與管道的連接如圖6所示，連接管道時應(yīng)注意以下問題。

圖6傳感器與管道的連接

①上下管道內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D'相同，差值滿足以下條件：0.95D≤D'≤1.1D;

②管路應(yīng)與傳感器同心，同軸應(yīng)小于0.05D';

③墊片無法插入管道，傳感器的直徑可以大于1?2mm;

④如果需要中斷檢查和清潔傳感器，應(yīng)設(shè)置旁路管（見圖7）;

旁路管道示意圖

⑤降低振動對渦流流量計的影響應(yīng)該是旋流流量計現(xiàn)場安裝一個突出的問題。首先，在選擇傳感器安裝地點盡量避免振動源;其次，可以考慮使用柔性軟管連接在小直徑;三是安裝管道支架是一種有效的振動方式。

　　應(yīng)注意電氣安裝，傳感器和轉(zhuǎn)換器之間使用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，距離不得超過規(guī)定的說明。接線應(yīng)遠離強力電源線，盡可能采用單獨的金屬外殼保護。應(yīng)遵循“一點接地”原則，接地電阻應(yīng)小于10Ω。積分和分離類型都應(yīng)在傳感器側(cè)接地時，轉(zhuǎn)換器外殼接地應(yīng)為“帶傳感器”。

3現(xiàn)場現(xiàn)場常見現(xiàn)象，原因及故障排除方法

　　渦街流量計有各種檢測方法，傳感器和測量電路的差異較大，但渦街流量計常見故障常見。

結(jié)論

　　在許多流量計中，渦街流量計的采購成本低于質(zhì)量型，電磁式和體積型。 安裝，運行和維護成本低于節(jié)氣門類型，體積型和渦輪型。 經(jīng)濟性較好，流量計更實用。 渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單實用，安裝維護方便，特別適用于冶煉廠，化工廠，石油管道等工業(yè)用途。