西森自動化:渦街流量計工作原理

渦街流量計也叫旋渦流量計、流體振動流量計，它是20世紀70年代發展起來的一種新型流量儀表。創立初期認為：它能像節流孔板一樣，只要按標準設計和按標準加工成敘述的形狀，并按規定安裝后，則不作檢定也能在不確定度的范圍進行流量測量。經過數年的實踐和探討，在大慶油田設計院舉行的中國計量測試學會流量計專業委員會學術研討會上，此論點得到與會代表的一致否認。

旋渦流量計又稱卡門渦街流量計，按工作原理可分為自然振蕩型和強迫振蕩型，前者稱為渦街流量計，后者稱為旋進旋渦流量計。流體振動流量計包括渦街流量計、旋渦進動流量計、射流流量計等。現在使用最多的就是渦街流量計。

渦街流量計按頻率檢測方式可分為應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲波式等。渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，由于其無可動件，可靠性高；結構簡單牢固，安裝方便，維護費用低；可適用于液體、氣體和蒸氣等；輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實際流量成正比，并受流體組成的密度、壓力、溫度的影響；測量精度為中上水平；測髦范圍度寬，可達10：1以上；壓力損失小等優點，使其發展迅速，目前已成為通用的一類流量計。

渦街流量計工作原理

旋渦現象在我們的日常生活中經常可以看到，如河道中橋樁附近的旋渦；風吹旗桿上的旗幟左右飄飄等。早在130多年前，Karman就對這種現象做過系統的研究，提出了Karman理論。直到20世紀，美國EASTECH公司根據Karman理論制造出第一批渦街流量計。

將一個非流線型的阻流體垂直插入測量管道內，隨著流體繞過阻流體流動，產生附面層分離現象，形成有規則的旋渦列，左右兩側旋渦的旋轉方向相反，如圖所示。當旋渦較強時，不僅在阻流體附近，而且在離開阻流體很遠處旋渦仍不消失，一個個交替出現。按照Karman理論，上述旋渦列的穩定條件為渦列寬度h與同列相鄰的兩旋渦的間距L之比滿足

h/L=0.2806(對圓柱形旋渦發生體)

時，這樣的渦列才是穩定的。產生旋渦分離的阻流體稱為旋渦發生體。渦街流量計是根據旋渦脫離旋渦發生體的頻率與流量之間的關系來測量流量的儀表。此渦列的頻率f與流體流速成正比，與旋渦發生體的直徑d成反比，即

f=StV2/d

式中 V2——旋渦發生體附近的流速；

St——斯特勞哈爾數(strouhal number )，它是雷諾數Re的函數，對于圓柱形渦街發生體St≈0.2。

最早的渦街發生體內裝入一個射流元件(雙穩態元件)感受旋渦出現的頻率。但是，結果并不理想，主要是渦列很不穩定，射流元件輸出的波形很亂，得到準確的f值很困難。后來Oval公司購買了EASTECH公司的這項專利并加以改進，在大量試驗中發現渦街發生體取三角柱最好，敏感元件取熱敏電阻最好。正是由于渦街發生體由圓柱形改為三角形，斯特勞哈爾數St要改取0.16而不再是圓柱形的0.2，并且f與V1的關系改為式(16-2)。

f=[0.16/（1-1.25d/D）]*（V1/d）

式中  V1——管道內流體平均流速；

 d——三角柱的正面寬度；

 D——管道內徑。

這是一個經試驗證明了的公式，只有d與b (b是三角柱側邊的長度)、d與D取一定比值時，產生的旋渦最穩定、最強。只要準確地測量出旋渦的頻率f，即可測量出流體的流量。

由上式可導出:

K=f/Q

式中 K——儀表常數(脈沖數/m^3)，通過實際標定后，生產廠家在產品合格證上給出；

     Q——體積流量(m^3/h )。