一、工作原理

在流體(tǐ)中設置旋渦發(fā)生體（阻(zǔ)流體），從旋渦發生體兩側交替地産生有規則的旋渦，這種旋渦稱爲卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生(shēng)體下遊非對稱地排列。設旋渦的發生頻率爲f，被測介質來流的平均速度爲U，旋渦發生(shēng)體迎面寬度爲d，表體通徑爲D，根據卡曼渦街原理，有如下關系式

f=SrU1/d=SrU/md （1）式中

U1--旋渦發生體兩側平均流速，m/s；

Sr--斯特勞哈爾(ěr)數；

m--旋渦發生體兩側弓(gōng)形面積與(yǔ)管道橫截面面積之(zhī)比

圖1 卡曼渦街

管道内體積流(liú)量qv爲

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)

式中K--流量(liàng)計的儀(yí)表系數，脈沖數/m3（P/m3）。

K除與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關。斯特勞(láo)哈爾數爲無量綱參數，它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關，圖2所示爲圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管(guǎn)道雷諾數的關系(xì)圖。由圖可見，在ReD=2×104～7×106範(fàn)圍内，Sr可視(shì)爲常數，這是儀表正常工(gōng)作範(fàn)圍。當測量氣體流量時，VSF的流量(liàng)計算式爲

圖2 斯特勞哈爾數與雷諾數關系曲線

式中(zhōng)qVn，qV--分别爲标準狀态下（0oC或(huò)20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；

Pn，P--分别爲标準狀态下和工況下的絕對壓力，Pa；

Tn，T--分别爲标準狀态下和工況下的(de)熱力學溫度，K；

Zn，Z--分别爲标(biāo)準狀态下和工況下氣體壓縮系數。

由(yóu)上式(shì)可見，VSF輸(shū)出的脈沖頻率信号不受流體物(wù)性(xìng)和組分變化的影響(xiǎng)，即儀表系數在(zài)一定雷(léi)諾數範圍内僅與旋渦發生體及(jí)管道的形狀尺(chǐ)寸等有關。但是作爲流量(liàng)計在物料平衡及(jí)能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信号應同時監測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流(liú)量計量還是有直接影(yǐng)響的。

二、結構

VSF由傳感器和轉(zhuǎn)換器(qì)兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端(duān)子、支架和防護罩等。近年來智能(néng)式流量計還把(bǎ)微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在(zài)轉換器内。

圖3 渦街流量計

（1）旋渦發生體

旋渦發生體是(shì)檢測(cè)器的(de)主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系(xì)數、線性度(dù)、範圍度等）和阻力特性（壓力損失(shī)）密切相關，對它的(de)要求如下。

1）能控制旋渦在旋渦發生體軸(zhóu)線方向上同步分離；

2）在較寬的(de)雷諾數範圍内，有(yǒu)穩定的旋渦(wō)分離點，保持恒定的斯特勞哈爾數；

3）能産(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信号的信噪(zào)比高；

4）形狀和(hé)結構簡單，便于加工(gōng)和幾何參數标準化(huà)，以及各種檢測元件(jiàn)的(de)安裝和組合；

5）材質應滿足流體性質的要求，耐(nài)腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化；

6）固有頻率在渦街信(xìn)号的頻帶外。

已經開發出形狀繁多的旋渦發生體，它可分爲單(dān)旋渦(wō)發生體和多旋(xuán)渦發(fā)生體兩類，如圖4所示(shì)。單旋渦(wō)發生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱(zhù)，其他形狀皆爲這些基本形的(de)變形(xíng)。三角(jiǎo)柱形旋渦(wō)發(fā)生體是應用最廣泛的一種，


如圖5所示(shì)。

圖中D爲儀表口(kǒu)徑。爲(wèi)提高渦街強度(dù)和穩定(dìng)性(xìng)，可采用多旋渦(wō)發生體(tǐ)，不過它的應用并不(bú)普遍。

d/D=0.2～0.3;c/D=0.1～0.2;

b/d=1～1.5;θ=15o～65o

⑵檢測元件

流量計檢(jiǎn)測旋渦(wō)信号有5種方式。

1）用設置在旋渦發生體内的檢測元件直接檢(jiǎn)測發生體(tǐ)兩側差壓；

2）旋(xuán)渦發生體上開設(shè)導壓(yā)孔，在導壓孔中(zhōng)安裝檢測元件檢測發生體兩(liǎng)側差壓；

3）檢測旋渦發生體周圍交變環流；

4）檢測旋渦發生體背面交變差(chà)壓；

5）檢測尾流中旋渦(wō)列(liè)。

根(gēn)據這5種檢測方式，采用不(bú)同的檢測(cè)技術(shù)（熱敏、超聲、應力(lì)、應變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構成不同類(lèi)型的VSF，如表1所示。

表1 旋渦發生體和檢測方式一(yī)覽表

檢測元件把渦街信号轉(zhuǎn)換成電信号，該信号既(jì)微弱又含有不同成分的噪聲，必須進行放大、濾(lǜ)波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信号。⑶ 轉(zhuǎn)換器

不同檢測(cè)方式應配備不同(tóng)特(tè)性的前置放大器，如(rú)表2所(suǒ)列。

⑷ 儀表表(biǎo)體

儀表表體可(kě)分爲夾持(chí)型和(hé)法蘭型，如圖7所示。

圖7 儀表表體

三、安裝(zhuāng)注意事(shì)項

VSF屬于對管(guǎn)道流速分布畸變(biàn)、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計，因此，對現場管道安裝條件應充分重視，遵(zūn)照(zhào)生産廠使用說明(míng)書的要求執行。

VSF可安(ān)裝在室(shì)内或室外。如(rú)果安裝在地井裏，有水淹的可能，要選(xuǎn)用涎水型傳感器(qì)。傳感器在管道上可以水(shuǐ)平、垂直或傾斜安裝，但(dàn)測(cè)量液體和氣體時爲防止(zhǐ)氣泡和液(yè)滴的(de)幹擾，安(ān)裝位置(zhì)要注意(yì)，如圖16所示。

圖(tú)16 混相流體(tǐ)的安裝

（a）測量含液(yè)體的氣體流(liú)量儀(yí)表安(ān)裝；