涡街流量计的工作原理及应用

在特定的流动条件下，一部分流体动能被转换成流体振动，以其振动频率和流速(流量)有比例关系的原理工作的流量计被称为流体振动流量计。 现在，流体振动流量计有涡流路流量计、回转(涡流动)流量计和喷射流量计3种。 涡街流量计具有以下特点

①输出为脉冲频率，其频率与被测量流体的实际体积流量成正比，不受流体成分、密度、压力、温度的影响

②测量范围广，一般范围度可达10:1以上；

③度为中等程度

在特定的流动条件下，一部分流体动能被转换成流体振动，以其振动频率和流速(流量)有比例关系的原理工作的流量计被称为流体振动流量计。 现在，流体振动流量计有涡流路流量计、回转(涡流动)流量计和喷射流量计3种。 涡街流量计具有以下特点

①输出为脉冲频率，其频率与被测量流体的实际体积流量成正比，不受流体成分、密度、压力、温度的影响

②测量范围广，一般范围度可达10:1以上；

③度为中等程度

④无可动部件，可靠性高

⑤结构简单牢固，安装方便，维护费用低；

⑥应用范围广，适用液体、气体、蒸汽。

涡流道流量计的工作原理

在流体中设置涡流发生器(阻力流体)，从涡流发生器的两侧交替产生规则的涡流，将该涡流称为卡尔曼涡街(参照图1 )，涡流排列在涡流发生器的下游不对称。 根据卡尔曼涡原理，有以下关系式

　　

(1)

　　

(2)

式中，m是涡流发生器两侧的弓形面积与管截面面积之比，d是身体的通径，d是涡流发生器的正面宽度，f是涡流的发生频度，U1是涡流发生器两侧的平均流速，Sr是斯特罗哈尔的数量，u是被测定介质的流动的平均速度。

　　

图1卡尔曼涡街

配管内体积流量qv为

　　

(3)

　　

(4)

式中，k是流量计的仪表系数，单位是脉冲数/m3。

k除与涡流发生器、管道的几何尺寸有关外，还与斯特罗哈尔数有关。 斯特罗哈尔数是无量纲参数，与涡流发生器的形状和雷诺数有关，图2是圆柱状涡流发生器的斯特罗哈尔数和管道喷嘴数的关系图。 由图2可知，ReD=2×时为104~7×； 在106的范围内，可将Sr视为常数，其为计量器的正常操作范围。 测量气体流量时，涡街流量计的流量计公式

　　

(5)式中，qVn、qV分别为标准状态( 0℃或20℃、101.325kPa )和情况下的体积流量Pn、p分别为标准状态和情况下的压力Tn、t分别为标准状态和情况下的热力学温度Zn、z分别为标准状态和情况下的气体压缩系数。

　　

图2斯特罗哈尔数与雷诺数的关系曲线

由式(4)可知，从涡流流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和成分变化的影响，即仪表系数在一定的雷诺数范围内只与涡流发生器和管道的形状尺寸等有关。 但是必须用材料平衡和能量计量来测量质量流量。 此时，流量计必须同时监测体积流量和流体密度。 流体物性和成分对流量计量有直接影响。

如图3所示，涡流流量计由传感器和转换器两部分构成。 传感器包括涡流发生器(电阻流体)、检测元件、仪表等的转换器包括前置放大器、滤波器整形电路、DAC、输出接口电路、端子、支架、屏蔽等。 近年来，智能式流量计还将微处理器、显示器通信、其他功能模块内置于转换器中。

　　

图3涡流路流量计

现场应用

1在现场的应用

应用于涡街流量计的流体相对较宽但具有较低雷诺数( ReD&le； 2×； 104 )流体。 这是因为，在雷诺数较低的情况下，光栅数与雷诺数相应地变化，仪表的线性变差。 同时，含有固体微粒子的流体冲洗涡流发生体时会产生噪音，其中所含的短纤维缠绕在涡流发生体上时仪表系数会发生变化。

涡流道流量计在混相流体中的应用如下

①可用于含有分散、均匀的微小气泡，但容积气体含有率为7 % ~不足10 %的气体、液两相流，容积气体含有率超过2%时，请修正仪表系数。

②含有分散均匀的固体微粒，可用于含量在2%以下的气固、液固二相流。

③可用于互不溶解的液体(如油和水)的两组分流等。

脉动流和旋流对涡流流流量计有严重影响。 脉动频率与涡街的频带一致时会引起共振，破坏正常的工作和设备，使涡街的信号&ldquo； 锁定( Lock-in)&rdquo； 现象是，此时信号被固定为某个频率。 &ldquo； 洛克&rdquo； 与脉动振幅、涡流发生体的形状、堵塞比等有关。

涡街流量计的度对液体基本±； 0.5%R~±； 2%R期间，对气体±； l%R~±； 在2%R间，再现性通常为0.2%~0.5% . 涡流流量计的仪表系数低，频率分辨率低，口径越大精度越低，因此仪表口径不要过大( DN300以下)。

范围宽度是涡流流量计的特征，但重要的一点是范围下限的流量值。 一般液体平均流速的下限为0.5m/s，气体为4~5m/s . 涡流路流量计正常流量zui优选为正常测量范围的1/2~2/3处.

涡街流量计zui的一个显着优点是仪表系数可以从一个典型的介质推广到另一个介质而不受测量介质的物理性能影响。 但是，由于液体、气体的流速范围大不相同，频率范围也大不相同。 在处理螺旋信号的放大器电路中，滤波器的通带不同，电路参数也不同，因此不能将相同的电路参数用于不同介质的测量。

另外，由于气体与液体密度的差异较大，涡流分离时产生的信号强度与密度成正比，因此信号强度的差异也较大。 液晶、气体放大器电路的增益、触发灵敏度等不同，压电电荷差异较大，电荷放大器的参数也不同。 即使是相同的气体(或液体、蒸汽)，根据介质的压力、温度、密度不同，使用的流量范围也不同，信号强度也不同，回路参数也不同。 因此，涡流流量计没有被硬件和软件修正，不能改变使用介质，也不能改变仪表的口径。

2设置注意事项

涡流路流量计是对配管流速分布的变形、回旋流、流动脉动等敏感的流量计，因此，请充分重视现场的配管设置条件，严格遵循使用说明书。

涡街流量计可安装在室内或室外。 在地下井中安装时，为了防止被水淹，应选择唾液型传感器。 传感器可以水平、垂直或倾斜地安装在配管上，但为了在测量液体和气体时防止气泡和液滴干涉，请注意安装位置(参照图4 )。

　　

图4安装测量含有液体和气体的液体的流量计

涡流流流量计必须确保上下直管段所需的长度(参照图5 )。

　　

0

图5涡流道流量计上下游直管段长度的要求

在图5中，a是90°； 弯管，b为同心扩管，c为同心收缩全开阀，d为不同平面两个90°； 弯管，e为调节阀半开阀，f为同一平面上的两个90°； 弯管接头。

传感器与配管的连接如图6所示，与配管连接时请注意以下几点。

　　

图6传感器与配管的连接

①上下游配管内径d和传感器内径D&rsquo； 同样，其差异满足以下条件:0.95D&le； D&rsquo； &le； 1.1D；

②配管与传感器同心，同轴度必须小于0.05D&rsquo

③密封垫片无法向配管内突出，其内径比传感器内径大1~2mm

④需要切断检查和清洗传感器时，请设置旁通配管(参照图7 )

　　

图7旁通配管图

⑤减小振动对涡流流量计的影响，作为涡流流量计现场设置的一大问题值得关注。 首先，在选定传感器的设置场所时，要注意避开振动源，然后用弹性软管进行连接是小口径的第三，后续安装配管支撑物是有效的减振方法。

电气安装时，请用屏蔽电缆或低噪声电缆连接传感器与转换器之间，注意其距离不要超过使用说明书的规定。 请远离强大的电源线进行接线，尽量用单独的金属套管进行保护。 &ldquo； 稍微接地&rdquo； 原则上，接地电阻应小于10&Omega。 一体型和分离型在传感器侧接地，转换器外壳的接地点为传感器&ldquo； 同地&rdquo； 的双曲馀弦值。

3现场常见故障现象、原因及排除方法

涡流流量计有各种检测方式，传感器和测量电路的差异也很大，但涡流流量计常见的故障有共通性(参照表1 )。

　　

表1涡流道流量计的故障及其处理方法

结语

在许多流量计中，涡流流量计的购买费用低于质量式、电磁式、容积式等类型，安装、运行、维护费用低于节流式、容积式、涡轮式等类型，是一种经济实用的流量计。 涡街流量计结构简单坚固，安装维护方便，尤其适用于冶炼厂、化工厂、管线等工业厂房。

本文热电偶高频词： 传感器  安装 

转载：感谢您对热电偶行业网站的认可，以及对我们作品以及文章的青睐，非常欢迎各位朋友分享到个人站长或者朋友圈，但转载请说明文章出处“京仪热电偶”。