西森自动化:涡街流量计工作原理

涡街流量计也叫旋涡流量计、流体振动流量计，它是20世纪70年代发展起来的一种新型流量仪表。创立初期认为：它能像节流孔板一样，只要按标准设计和按标准加工成叙述的形状，并按规定安装后，则不作检定也能在不确定度的范围进行流量测量。经过数年的实践和探讨，在大庆油田设计院举行的中国计量测试学会流量计专业委员会学术研讨会上，此论点得到与会代表的一致否认。

旋涡流量计又称卡门涡街流量计，按工作原理可分为自然振荡型和强迫振荡型，前者称为涡街流量计，后者称为旋进旋涡流量计。流体振动流量计包括涡街流量计、旋涡进动流量计、射流流量计等。现在使用最多的就是涡街流量计。

涡街流量计按频率检测方式可分为应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声波式等。涡街流量计是属于最年轻的一类流量计，由于其无可动件，可靠性高；结构简单牢固，安装方便，维护费用低；可适用于液体、气体和蒸气等；输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际流量成正比，并受流体组成的密度、压力、温度的影响；测量精度为中上水平；测髦范围度宽，可达10：1以上；压力损失小等优点，使其发展迅速，目前已成为通用的一类流量计。

涡街流量计工作原理

旋涡现象在我们的日常生活中经常可以看到，如河道中桥桩附近的旋涡；风吹旗杆上的旗帜左右飘飘等。早在130多年前，Karman就对这种现象做过系统的研究，提出了Karman理论。直到20世纪，美国EASTECH公司根据Karman理论制造出第一批涡街流量计。

将一个非流线型的阻流体垂直插入测量管道内，随着流体绕过阻流体流动，产生附面层分离现象，形成有规则的旋涡列，左右两侧旋涡的旋转方向相反，如图所示。当旋涡较强时，不仅在阻流体附近，而且在离开阻流体很远处旋涡仍不消失，一个个交替出现。按照Karman理论，上述旋涡列的稳定条件为涡列宽度h与同列相邻的两旋涡的间距L之比满足

h/L=0.2806(对圆柱形旋涡发生体)

时，这样的涡列才是稳定的。产生旋涡分离的阻流体称为旋涡发生体。涡街流量计是根据旋涡脱离旋涡发生体的频率与流量之间的关系来测量流量的仪表。此涡列的频率f与流体流速成正比，与旋涡发生体的直径d成反比，即

f=StV2/d

式中 V2——旋涡发生体附近的流速；

St——斯特劳哈尔数(strouhal number )，它是雷诺数Re的函数，对于圆柱形涡街发生体St≈0.2。

最早的涡街发生体内装入一个射流元件(双稳态元件)感受旋涡出现的频率。但是，结果并不理想，主要是涡列很不稳定，射流元件输出的波形很乱，得到准确的f值很困难。后来Oval公司购买了EASTECH公司的这项专利并加以改进，在大量试验中发现涡街发生体取三角柱最好，敏感元件取热敏电阻最好。正是由于涡街发生体由圆柱形改为三角形，斯特劳哈尔数St要改取0.16而不再是圆柱形的0.2，并且f与V1的关系改为式(16-2)。

f=[0.16/（1-1.25d/D）]*（V1/d）

式中  V1——管道内流体平均流速；

 d——三角柱的正面宽度；

 D——管道内径。

这是一个经试验证明了的公式，只有d与b (b是三角柱侧边的长度)、d与D取一定比值时，产生的旋涡最稳定、最强。只要准确地测量出旋涡的频率f，即可测量出流体的流量。

由上式可导出:

K=f/Q

式中 K——仪表常数(脉冲数/m^3)，通过实际标定后，生产厂家在产品合格证上给出；

     Q——体积流量(m^3/h )。