一、工作原(yuán)理

在流體(tǐ)中設置旋(xuán)渦發(fā)生體（阻流體），從(cóng)旋渦(wō)發生體兩側交替地(dì)産生有規則的旋渦，這種旋渦(wō)稱爲(wèi)卡曼渦(wō)街，如圖(tú)1所示(shì)。旋渦列(liè)在旋渦(wō)發生(shēng)體下(xià)遊非對(duì)稱(chēng)地排(pái)列。設(shè)旋渦的發(fā)生(shēng)頻率爲(wèi)f，被測(cè)介質來流的(de)平均速度爲u，旋渦發生體迎面寬(kuān)度爲(wèi)d，表體(tǐ)通徑爲d，根據卡曼渦(wō)街原理，有(yǒu)如下(xià)關系(xì)式

f=sru1/d=sru/md （1）式中

u1--旋(xuán)渦發生(shēng)體兩側平均流速(sù)，m/s；

sr--斯特(tè)勞哈爾(ěr)數(shù)；

m--旋渦(wō)發生(shēng)體兩側弓(gōng)形面積與(yǔ)管道(dào)橫截(jié)面(miàn)面積之比

圖1 卡曼(màn)渦街(jiē)

管道内體積流(liú)量qv爲(wèi)

qv=πd2u/4=πd2mdf/4sr (2)

k=f/qv=[πd2md/4sr]-1 (3)

式中(zhōng)k--流量(liàng)計的(de)儀表系數(shù)，脈沖(chòng)數/m3（p/m3）。

k除與旋(xuán)渦發(fā)生體、管道(dào)的幾何尺寸有(yǒu)關外，還(hái)與斯特勞哈爾數有關(guān)。斯特(tè)勞哈(hā)爾數爲無(wú)量(liàng)綱參數，它與旋渦發生(shēng)體形(xíng)狀及雷諾(nuò)數有關，圖2所示(shì)爲圓柱(zhù)狀旋渦(wō)發生(shēng)體的斯特(tè)勞哈爾數與管道雷(léi)諾數的關(guān)系圖(tú)。由圖可見，在red=2×104～7×106範(fàn)圍内，sr可視(shì)爲常數，這(zhè)是儀(yí)表正常工作範(fàn)圍。當測量氣(qì)體流量(liàng)時，vsf的流量計算式(shì)爲

圖2 斯特勞(láo)哈爾數與(yǔ)雷諾數關系曲(qǔ)線

式中qvn，qv--分别爲(wèi)标準狀态下（0oc或(huò)20oc，101.325kpa）和工況下的體(tǐ)積流(liú)量(liàng)，m3/h；

pn，p--分别爲标(biāo)準狀(zhuàng)态下和(hé)工況下的絕對壓力(lì)，pa；

tn，t--分(fèn)别爲标準狀态下和工(gōng)況下(xià)的熱力學(xué)溫度，k；

zn，z--分别爲标準狀态(tài)下和工(gōng)況下氣體壓縮(suō)系數(shù)。

由上式可(kě)見，vsf輸(shū)出的脈沖頻率信号不受(shòu)流體物(wù)性(xìng)和組(zǔ)分變化的影響，即儀表(biǎo)系數在(zài)一定雷諾數範(fàn)圍内僅與旋渦(wō)發生(shēng)體及管道(dào)的形(xíng)狀(zhuàng)尺寸等(děng)有關(guān)。但(dàn)是作爲(wèi)流量計在物料平(píng)衡及能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流量，這時流(liú)量計的輸(shū)出信号應(yīng)同時監測(cè)體積(jī)流量(liàng)和流(liú)體密(mì)度(dù)，流體物(wù)性和組(zǔ)分(fèn)對流量計量(liàng)還是有(yǒu)直接(jiē)影響(xiǎng)的。

二(èr)、結構

vsf由(yóu)傳感器(qì)和轉換(huàn)器(qì)兩部(bù)分組成，如圖3所(suǒ)示。傳(chuán)感(gǎn)器包括(kuò)旋渦(wō)發生體（阻(zǔ)流(liú)體）、檢測元件(jiàn)、儀表表體等；轉換器(qì)包(bāo)括(kuò)前置放大器(qì)、濾(lǜ)波整(zhěng)形電路、d／a轉(zhuǎn)換電(diàn)路、輸(shū)出(chū)接口電(diàn)路、端子、支架和防護(hù)罩等。近年來智(zhì)能(néng)式(shì)流量計還(hái)把(bǎ)微處理(lǐ)器(qì)、顯(xiǎn)示通(tōng)訊及(jí)其他功能(néng)模(mó)塊(kuài)亦裝在轉換器(qì)内。

圖(tú)3 渦街流量(liàng)計

（1）旋渦發(fā)生體(tǐ)

旋渦發(fā)生體是(shì)檢測器(qì)的主(zhǔ)要(yào)部件，它與儀表(biǎo)的流量(liàng)特性（儀(yí)表系數、線性度、範圍度等）和阻(zǔ)力特性(xìng)（壓力損(sǔn)失）密切(qiē)相(xiàng)關，對它的要(yào)求(qiú)如下(xià)。

1）能控制旋渦在(zài)旋渦發生體軸(zhóu)線方向上同步(bù)分離；

2）在較(jiào)寬的(de)雷諾數(shù)範圍内(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦(wō)分(fèn)離(lí)點，保(bǎo)持恒(héng)定的斯特勞哈(hā)爾數；

3）能産生強烈的渦街(jiē)，信号(hào)的信噪比(bǐ)高；

4）形狀(zhuàng)和結構簡單(dān)，便于加工和幾何參(cān)數标準化(huà)，以及(jí)各種(zhǒng)檢測(cè)元件的(de)安裝和(hé)組合；

5）材質應滿(mǎn)足流體性質的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變(biàn)化；

6）固有頻率在(zài)渦街(jiē)信号的頻(pín)帶外。

已經開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分(fèn)爲(wèi)單旋渦(wō)發生體和(hé)多旋渦發生體兩類(lèi)，如圖4所示。單旋渦發生體的基本形有圓柱、矩(jǔ)形柱和三角柱(zhù)，其他形(xíng)狀(zhuàng)皆爲這些基(jī)本形的(de)變形。三(sān)角(jiǎo)柱形(xíng)旋渦(wō)發生體是(shì)應(yīng)用最廣(guǎng)泛的(de)一種，


如(rú)圖5所示(shì)。

圖中d爲儀(yí)表口(kǒu)徑。爲(wèi)提(tí)高(gāo)渦街強度和穩定性(xìng)，可采(cǎi)用多旋渦(wō)發生體，不(bú)過它(tā)的應(yīng)用并不普遍。

d/d=0.2～0.3;c/d=0.1～0.2;

b/d=1～1.5;θ=15o～65o

⑵檢測(cè)元件

流(liú)量計(jì)檢測(cè)旋渦信号有5種(zhǒng)方式。

1）用設(shè)置(zhì)在旋渦發生體(tǐ)内的檢(jiǎn)測元件直接檢(jiǎn)測發(fā)生體兩側(cè)差壓；

2）旋渦發生(shēng)體上開(kāi)設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓(yā)孔中(zhōng)安裝(zhuāng)檢(jiǎn)測元件檢測發生體兩(liǎng)側(cè)差壓；

3）檢(jiǎn)測旋(xuán)渦發生體周(zhōu)圍(wéi)交變環流(liú)；

4）檢測(cè)旋渦發(fā)生(shēng)體背面交變差壓；

5）檢(jiǎn)測尾流中(zhōng)旋渦(wō)列。

根據這(zhè)5種檢(jiǎn)測方式，采(cǎi)用不(bú)同的(de)檢(jiǎn)測技術(shù)（熱敏、超聲、應力(lì)、應變、電容、電磁(cí)、光電(diàn)、光纖(xiān)等）可(kě)以構(gòu)成(chéng)不(bú)同類(lèi)型的(de)vsf，如表1所示(shì)。

表1 旋渦(wō)發生體(tǐ)和(hé)檢(jiǎn)測方式一(yī)覽表

檢(jiǎn)測元件(jiàn)把渦街信(xìn)号轉(zhuǎn)換成電信号，該(gāi)信号(hào)既微(wēi)弱又含有(yǒu)不同(tóng)成分(fèn)的噪聲，必須進行放大、濾(lǜ)波、整(zhěng)形等(děng)處理(lǐ)才能(néng)得出(chū)與流量成比例(lì)的脈沖信(xìn)号。⑶ 轉換器(qì)

不(bú)同(tóng)檢測方式應配備不同特性的前置(zhì)放大(dà)器，如(rú)表2所列。

⑷ 儀表表(biǎo)體

儀表表(biǎo)體可(kě)分爲(wèi)夾持(chí)型和(hé)法蘭型，如(rú)圖7所(suǒ)示。

圖7 儀表表體(tǐ)

三、安(ān)裝注意事(shì)項

vsf屬于對管道(dào)流速分布畸變(biàn)、旋轉流(liú)和流動脈動(dòng)等敏感的(de)流量計，因(yīn)此，對(duì)現場管(guǎn)道安裝(zhuāng)條件應充(chōng)分重(zhòng)視，遵(zūn)照生産廠使用(yòng)說明書的要求(qiú)執行。

vsf可安(ān)裝在室内或室(shì)外。如果安裝在(zài)地井裏(lǐ)，有水淹的可能(néng)，要選用(yòng)涎水型傳(chuán)感器(qì)。傳感器在管道(dào)上可以水(shuǐ)平、垂直或(huò)傾斜安裝，但測量液體和(hé)氣體時爲防止(zhǐ)氣泡和液(yè)滴的幹擾，安裝位置(zhì)要注(zhù)意，如(rú)圖16所(suǒ)示。

圖(tú)16 混相流體(tǐ)的安裝

（a）測量含(hán)液體(tǐ)的氣體(tǐ)流量儀表安(ān)裝；