涡街流量计原理讲解

1、涡街流量计1.1基本原理：流体流经阻挡体或者是特制的元件时，产生了流动振荡，通过测定其振荡频率来反映通过的流量。1.2特点：优点：无可动部件，寿命长；准确度高，线性范围宽；量程范围宽（100:1）；压力损失小；不受P、t、n、p等流体参数变化的影响；气、液均可以使用，可用于大口径管道的气液测量。缺点：干扰引起的流量振荡时影响较大。1.3涡街产生原理：涡街流量计是利用流体力学中著名的卡门涡街原理,即在流动的流体中插入一个非流线型断面的柱体,流体流动受到影响,在一定的雷诺数范围内将在柱体下游,均要产生漩涡分离。当这些漩涡排列成两排、且两例漩涡的间距与同列中两相邻漩涡的间距之比满足下式时,h/l=0

2、.281,就能得到稳定的交替排列漩涡,这种稳定而规则地排列的涡列称为“卡门涡街”。这个稳定的条件是冯卡门对于理想涡街研究分析得到的,后来一般把错排稳定的涡街称作“卡门涡街”。这就是卡门涡街流量计的名称由来,如图1所示图1卡门涡街示意图理论和实验的研究都证明,漩涡分离频率,即单位时间内由柱体一侧分离的漩涡数目f与流体速度V1成正比,与柱体迎(1)流面的宽度d成反比,即:式中f漩涡分离频率。Sr斯特劳哈尔数(无量纲)。对于一定柱型在一定流量范围内是雷诺数的函数。VI漩涡发生体两侧的流速，m/s。d漩涡发生体迎流宽度mm。为了计算方便起见，可用管道内平均流速V代替，根据流休连续方程,则有：y=l-1

3、.25(2)式中V管道内平均速度,m/sD涡街流量计壳体的内径,mm将式(2)代入式(1)得：f=Sr(3)(11-25厉)d通过试验可以测定Sr数，其数值与柱体的断面形状、柱体流道的相对尺寸以及流动雷诺数有关。大量的试验表明，对于许多经过适当选择的柱型，由于数在很宽的雷诺数范围内可以看成是常数。一旦柱体和流道的几何尺寸及其形状确定后,f便与成为简单的正比关系，因而检测出漩涡的频率，便可以测得流速，并以此推知其流量。这就是涡街流量计的基本原理。当流体流动受到一个垂直于流动方向的非流线形柱体的阻碍时，柱体的下游两侧会发生明显的旋涡，成为卡门涡列涡列的形成与流体雷诺数有关。如图2，漩涡形成示意图，

4、图3卡曼涡街示意图。图2：漩涡形成示意图管壁WWWt旋涡发生体流动方向-d力旋涡图3：卡曼涡街1.3涡街流量计结构1.3.1:如图4,涡街流量计二传感器+转换器(1) 传感器：旋涡发生体(阻流体)、检测元件、仪表表体；(2) 转换器：前置放大器、滤波整形电路、D/A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩Qu、ud9L检测元件旋涡发生体'转换器TA图、4:"窝接传感器剖面图Y1.4旋涡发生体与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损失）密切相关，要求如下： 能控制旋涡在旋涡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

5、斯特劳哈尔数； 能产生强烈的涡街，信号的信噪比高； 形状和结构简单，便于加工、安装和组合； 材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温变； 固有频率在涡街信号的频带外。（Q单旋涡发生体（b）双*多旋涡发生体旋涡发生体和检测方式一览表序旋涡发生体号截酉形状检测方式传感器检测元件序旋涡发生体号截面形状1駁盘方式前超声波束.)/.y-23;51式式式式方方方方悬臂梁/电容，悬臂梁/压电片热敏元件超声波束应变元件方式1压电元件方式2）.压电元件12.s.JJ-.%)/.7-122式式式方方方膜片/电容热敏元件振动体/电磁传感器1XTI膜片/静态电容15磁致伸缩元件16方式1）膜片/压电元件17热敏

6、元件181.5漩涡分离频率检测方法和检出元件利用伴随漩涡分离的物理效应,可以采用热敏、力敏元件通过光、声调制方法等来检测漩涡分离频率。至今用于检测分离频率的方法和采用的元件是多种多样的,归纳起来有以下几种典型方法:（1）热敏元件检测方法漩涡分离产生的交变环流所引起的柱体表面速度脉动或者交变横向流的频率,用加热的金属丝、热敏电阻器等进行检测。（2）力敏元件检测方法漩涡分离造成的交变差压、交变升力或者交变升力引起的机械振动,用差动电容、电阻应变片、压电晶体、压电陶瓷等检测。（3）电磁传感器检测方法漩涡的分离所引起的膜片或者梭球等的往复振动的频率,用电磁传感器检测。声、光信号调制检测方法利用声束光束

7、通过涡街时受到漩涡的调制,由接收声强光强或相位的脉动频率得到漩涡分离频率。1.6频率检测方法主要方法：压力脉动测量法、流速脉动测量法、频率直接检测法；热电阻法（P脉动）：把圆柱做成空心，中间放入一个加热的电阻丝，在隔板层开几个导压孔，当一侧产生涡列时，P变化（脉动），另一侧未变，所以流体经过导压孔突然流过电阻丝，使之冷却，温度降低，电阻减小，另一侧再产生涡列时，流体反而再次冷却，电阻减小，测出电阻下降的次数就可以推出f。圆桂形椅测器*（b三肃柱形检酸磐1一園柱棒*2钳电獸丝f3隔ift莓一空晚#5辱压扎热敏电阻法（灵敏度高）：在三角柱体的迎流面上对称的嵌入两个热敏电阻，热敏电阻中通入恒定的电流

8、，使之温度在流体静止的情况下比流体高出10°C左右。未起漩时，流体的温度相同，交替旋转时，发生漩涡的一侧，能量损失，因此流速降低，此侧对电阻的冷却作用下降，可以产生一个脉冲。电磁检测法：旋涡发生体后设置一个信号电极，并使电极处于一个磁感应强度为B的永久磁场中，流体旋涡的振动使电极同频率振动，切割磁力线产生感应电动势。特点：不怕管道振动，刚刚兴起的涡街频率检测方法，如图5。图5电磁检测方法原理1.7安装使用注意事项涡街流量计对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可

9、能，要选用涎水型传感器传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意。1.7.1混相流体的安装正确气泡气泡气泡(a)测量含液体的气体流量仪表安装(b)测量含气泡的液体流量仪表安装气泡正确液体V,b错误正确液体液体错误液体1.7.2涡街流量计对上、下游直管段长度的要求5DfHi5D5DnS5D5DY5DV(b)同心扩管(e)调节阀半开阀门40D(0同一平面两个90°弯头*2°D»(a)一个90°弯头(d)不同平面两个90°弯头25D,(c)同心收缩全开阀门25D15D50D,1.8使用注意事项(1

10、) 现场安装完毕通电和通流前的检查 主管和旁通管上各法兰、阀门、测压、测温孔及接头应无渗漏现象； 管道振动情况是否符合说明书规定； 传感器安装是否正确，各部分电气连接是否良好。(2) 接通电源静态调试在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而引入干扰信号。如确认不是上述原因时，可调整转换器内电位器，降低放大器增益或提高整形电路触发电平，直至输出为零。(3) 通流动态调试关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至仪表输

11、出既无误触发又无漏脉冲为止。1.9涡街流量计的常见故障处理(1) 新安装或新检修好的涡街流量计安装在现场管道上后，在开表过程中有时显示仪表无指示。这往往是管道内无流量或流量很小，致使速度V=0或很小，在传感器内无旋涡产生。也可能是由于传感器内的检测放大器灵敏度调得太低。如果管道内未吹净的焊渣、铁屑等杂物卡在探头与内壁之间，使探头不振动，也会引起一次表无指示。(2) 管道内无流体流动，但显示仪表有流量显示。这是由于仪表接地不良，引入了外部干扰引起的;也可能是由于灵敏度调得太高所致。实践证明，灵敏度不能调得太高，否则会引起流量偏高或指示波动;调得太低，显示仪表又无指示。一般应在无流量和无外界干扰时，使显示仪表指零即可。(3) 管道内有强烈的机械振动，也会使显示仪表有指示，而工业生产的现场管道常常受动力设备的影响而发生振动，这种振动所形成的噪声干扰，对涡街流量计仪表的准确检测是非常有害的，严重时会导致仪表无法正常工作。如泵可以引起流体的压力脉动(静压脉动)，而间隙性大幅度的开闭阀门，或负荷的突变，则可引起流体对仪表的大冲击。涡街流量计最怕大范围的波动冲击，更怕介质中夹杂的焊渣、石块等硬物的冲击，这些都会使噪声信号增大，以致影响测量精度。(5)涡街传感器的探头与内壁只有很小的距离，极易被沙粒、污物堵住，使振动源不能振动，仪表指零。此时如用外力敲击几下一次表的壳体，