详细介绍涡街流量计的结构、性能和原理

涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸汽等多种介质。

性能特点

其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。

涡街流量计采用压电应力式传感器，可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较*、理想的测量仪器。

工作原理

在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街。如图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式：

f=SrU1/d=SrU/md （1）式中

U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；

Sr--斯特劳哈尔数；

m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比

卡曼涡街

管道内体积流量qv为：

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)

式中K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。

K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。

由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为

斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

式中qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；

Pn，P--分别为标准状态下和工况下的压力，Pa；

Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；

Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。

但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。

仪表结构

VSF由传感器和转换器两部分组成，传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。

涡街流量计

（1）旋涡发生体

旋涡发生体是检测器的主要部件，已经开发出形状繁多的旋涡发生体，它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱，其他形状皆为这些基本形的变形。三角柱形旋涡发生体是应用广泛的一种。

⑵检测元件

流量计检测旋涡信号有5种方式。

1）用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；

2）旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压；

3）检测旋涡发生体周围交变环流；

4）检测旋涡发生体背面交变差压；

5）检测尾流中旋涡列。

根据这5种检测方式，采用不同的检测技术（热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等）可以构成不同类型的VSF。

检测元件把涡街信号转换成电信号，该信号既微弱又含有不同成分的噪声，必须进行放大、滤波、整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号。

安装注意事项

VSF属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，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。

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）混相流体的安装

（a）测量含液体的气体流量仪表安装；

（b）测量含气液体流量仪表安装

（2）VSF必须保证上、下游直管段有必要的长度。

（a）一个90o弯头；

（b）同心扩管；

（c）同心收缩全开阀门；

（d）不同平面两个90o弯头；

（e）调节阀半开阀门；

（f）同一平面两个90o弯头

（3）传感器与管道的连接如图，在与管道连接时要注意以下问题。

1）上、下游配管内径D与传感器内径D`相同，其差异满足下述条件：0.95D≤D`≤1.1D。

2）配管应与传感器同心，同轴度应小于0.05D`。

3）密封垫不能凸入管道内，其内径可比传感器内径大1～2mm。

4）如需断流检查与清洗传感器，应设置旁通管道如图19所示。

5）减小振动对VSF的影响应该作为VSF现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物是有效的减振方法。