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）結構簡單牢固，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點。但這種流量計也就有一定的局限性，具體表現在：（1）VSF不適用于低雷諾數測量（ReD≥2´104），故在高粘度、低流速、小口徑情況下應用受到限制；（2）旋渦分離的穩定性受流速分布畸變及旋轉流的影響，應根據上游側不同形式的阻流件配置足夠長的直管段或裝設流動調整器（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驗。

 

    2 測量原理

 

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

 

        （1）

 

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

 

    

 

 

 

圖1 卡門渦街

 

    管道內體積流量qv為

 

        （2）

 

        （3）

 

    式中K：流量計的儀表系數，脈沖數/m3（P/m3）。K除與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外，還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞哈爾數為無量綱參數，它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關，圖2所示為圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關系圖。由圖可見，在ReD=2´104~7´106范圍內，Sr可視為常數，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 斯特勞哈爾數與雷諾數關系曲線

 

    式中qVn，qV--分別為標準狀態下（0°C或20°C，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；Pn，P--分別為標準狀態下和工況下的絕對壓力，Pa；Tn，T分別為標準狀態下和工況下的熱力學溫度，K；Zn，Z分別為標準狀態下和工況下氣體壓縮系數。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，即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發生體及管道的形狀尺寸等有關。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量，這時流量計的輸出信號應同時監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——現場分冊（第二版）北京化工工業出社，2002.