1 渦街流量計的特點及局限性

 

    渦街流量計（簡稱VSF）是一種無運動部件的流量測量儀表，它是通過測量流路中障礙物下游的旋渦頻率來反應流速的，從而達到測量流量的目的。其具體特點表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實際體積流量成正比，它不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；（2）測量范圍寬，一般范圍度可達10：1以上；（3）精確度為中上水平；（4）無可動部件，可靠性高；（5）結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護費較低；（6）應用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣。渦街流量計具有使用范圍廣，測量精度高，磨損小，輸出信號呈線性并可遠距離傳輸，便于安裝及維護等優(yōu)點。但這種流量計也就有一定的局限性，具體表現(xiàn)在：（1）VSF不適用于低雷諾數(shù)測量（ReD≥2´104），故在高粘度、低流速、小口徑情況下應用受到限制；（2）旋渦分離的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響，應根據(jù)上游側(cè)不同形式的阻流件配置足夠長的直管段或裝設(shè)流動調(diào)整器（整流器）；（3）力敏檢測法VSF對管道機械振動較敏感，不宜用于強振動場所；（4）與渦輪流量計相比儀表系數(shù)較低，分辨率低，口徑愈大愈低，一般滿管式流量計用于DN300以下；（5）儀表在脈動流、混相流中尚欠缺理論研究和實踐經(jīng)驗。

 

    2 測量原理

 

    在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡門渦街原理，有如下關(guān)系式

 

        （1）

 

    式中：U1：旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；Sr：斯特勞哈爾數(shù)；m：旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

 

    

 

 

 

圖1 卡門渦街

 

    管道內(nèi)體積流量qv為

 

        （2）

 

        （3）

 

    式中K：流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/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所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見，在ReD=2´104~7´106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時，VSF的流量計算式為

 

        （4）

 

 

 

圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線

 

    式中qVn，qV--分別為標準狀態(tài)下（0°C或20°C，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；Pn，P--分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；Tn，T分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學溫度，K；Zn，Z分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信號應同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。

 

    2 常見故障處理

 

    見表1。

 

表1 常見故障處理

 

 

 

    參考文獻

 

    [1]朱炳興，王森.儀表工試題集——現(xiàn)場分冊（第二版）北京化工工業(yè)出社，2002.