作者：何 楠 　來源：今日電子

    在特定的流動條件下，一部分流體動能會轉(zhuǎn)化為流體振動，其振動頻率與流速（流量）有確定的比例關(guān)系，依據(jù)這種原理工作的流量計稱為流體振動流量計。目前流體振動流量計有三類：渦街流量計、旋進（旋渦進動）流量計和射流流量計。渦街流量計具有以下一些特點：

    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，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、氣體和蒸汽�！　�

    渦街流量計的工作原理

    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，這種旋渦稱為卡曼渦街（見圖1），旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：

     （1）

     （2）

    式中，m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；d為表體通徑；d為旋渦發(fā)生體迎面寬度；f為旋渦的發(fā)生頻率；u1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速；sr為斯特勞哈爾數(shù)；u為被測介質(zhì)流的平均速度。

    圖1 卡曼渦街

    管道內(nèi)體積流量qv為：

     （3）

     （4）

    式中， k為流量計的儀表系數(shù)，單位為脈沖數(shù)/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2可見，在red=2×104～7×106的范圍內(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，渦街流量計的流量計算式為

     （5）

    式中，qvn、qv分別為標準狀態(tài)下（0℃或20℃，101.325kpa）和工況下的體積流量； pn、p分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力；tn、t分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學溫度；zn、z分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

    圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線

    由式（4）可見，渦街流量計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)。但是在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計應同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分就會對流量計量產(chǎn)生直接影響。

    渦街流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、dac、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來智能式流量計還把微處理器、顯示通信及其他功能模塊裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

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