一、工(gōng)作原(yuán)理

在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻(zǔ)流(liú)體），從(cóng)旋渦(wō)發(fā)生體(tǐ)兩側交替地(dì)産生(shēng)有規(guī)則(zé)的(de)旋渦(wō)，這種(zhǒng)旋渦稱爲卡曼渦街，如圖(tú)1所示。旋渦列在(zài)旋渦發生體下遊非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦(wō)的發(fā)生頻率爲(wèi)f，被測(cè)介質(zhì)來(lái)流的平(píng)均速度爲u，旋渦(wō)發生(shēng)體迎面寬(kuān)度爲(wèi)d，表體通徑(jìng)爲d，根據卡曼渦(wō)街原理，有(yǒu)如下(xià)關系(xì)式

f=sru1/d=sru/md （1）式(shì)中

u1--旋(xuán)渦發生體(tǐ)兩側平均(jun1)流速，m/s；

sr--斯特(tè)勞哈爾數(shù)；

m--旋渦(wō)發生(shēng)體兩側(cè)弓(gōng)形面積與(yǔ)管道橫截面(miàn)面積之(zhī)比

圖1 卡曼(màn)渦街

管(guǎn)道(dào)内(nèi)體積流(liú)量qv爲

qv=πd2u/4=πd2mdf/4sr (2)

k=f/qv=[πd2md/4sr]-1 (3)

式中(zhōng)k--流量(liàng)計的儀(yí)表(biǎo)系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（p/m3）。

k除(chú)與旋(xuán)渦發生體、管道的(de)幾(jǐ)何尺(chǐ)寸有(yǒu)關外，還與斯特勞哈爾數有關(guān)。斯特(tè)勞(láo)哈爾數爲無量綱參數，它與旋渦發生(shēng)體形狀及雷諾數有關，圖2所示(shì)爲圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷(léi)諾數的關(guān)系圖。由圖(tú)可見，在red=2×104～7×106範(fàn)圍内，sr可視爲常數，這是儀表正常工作範(fàn)圍。當測量氣體流量(liàng)時，vsf的(de)流量(liàng)計算式(shì)爲

圖2 斯(sī)特勞(láo)哈爾數與雷諾(nuò)數關(guān)系曲(qǔ)線

式(shì)中qvn，qv--分别爲(wèi)标準狀态下（0oc或(huò)20oc，101.325kpa）和工況(kuàng)下的體積流量(liàng)，m3/h；

pn，p--分别爲标準狀态(tài)下和(hé)工況(kuàng)下的(de)絕對壓力(lì)，pa；

tn，t--分别(bié)爲标(biāo)準狀(zhuàng)态下和工(gōng)況下(xià)的熱力學溫度，k；

zn，z--分(fèn)别爲标(biāo)準狀态下和工(gōng)況下氣體壓縮系數。

由(yóu)上式可見，vsf輸出的(de)脈沖(chòng)頻率信号不受(shòu)流體物性和(hé)組分變化的(de)影響(xiǎng)，即儀表系數在一定雷諾(nuò)數範(fàn)圍内僅與旋渦(wō)發生體及管道(dào)的形狀尺(chǐ)寸等(děng)有關。但是作爲流量計在物料(liào)平衡及能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流(liú)量，這時流(liú)量計的(de)輸出信(xìn)号應(yīng)同時監測(cè)體積流(liú)量(liàng)和流(liú)體密(mì)度，流體物(wù)性和組分對流(liú)量計量(liàng)還是有(yǒu)直接影響的。

二(èr)、結構(gòu)

vsf由傳感器(qì)和轉換器兩部(bù)分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發生(shēng)體（阻流體）、檢(jiǎn)測(cè)元件(jiàn)、儀表(biǎo)表(biǎo)體等；轉(zhuǎn)換器包括(kuò)前置放大器、濾波整形電路、d／a轉換電(diàn)路、輸(shū)出接口電(diàn)路、端子、支架和防護(hù)罩等(děng)。近年(nián)來智能(néng)式(shì)流量(liàng)計還(hái)把微處理(lǐ)器、顯示通訊及(jí)其他(tā)功(gōng)能模塊(kuài)亦裝在轉換器(qì)内。

圖3 渦(wō)街流量(liàng)計

（1）旋(xuán)渦發生體(tǐ)

旋(xuán)渦發生體是(shì)檢測(cè)器的主要(yào)部件，它與(yǔ)儀表(biǎo)的流量特(tè)性（儀(yí)表系數、線性度(dù)、範圍度等）和阻(zǔ)力特(tè)性（壓(yā)力損(sǔn)失）密切相(xiàng)關，對它的要(yào)求如下(xià)。

1）能控制旋渦在旋渦(wō)發生體軸(zhóu)線方向上同步(bù)分離(lí)；

2）在(zài)較寬的雷諾(nuò)數範(fàn)圍内(nèi)，有穩(wěn)定(dìng)的旋渦(wō)分離點(diǎn)，保持恒(héng)定的斯特勞哈(hā)爾數；

3）能産(chǎn)生強烈的渦街，信号(hào)的信噪比高；

4）形狀和結(jié)構簡單(dān)，便于加工和幾(jǐ)何參(cān)數标準化(huà)，以及各(gè)種檢測元件的安(ān)裝和(hé)組合；

5）材質應滿(mǎn)足流(liú)體性(xìng)質的(de)要求(qiú)，耐腐(fǔ)蝕，耐(nài)磨蝕，耐(nài)溫(wēn)度變(biàn)化；

6）固(gù)有頻率在渦街信号的頻(pín)帶外。

已經開發(fā)出形狀繁多的(de)旋渦發生體，它(tā)可分(fèn)爲單旋渦(wō)發生體和多旋渦發生(shēng)體兩類(lèi)，如圖4所示(shì)。單旋渦發生體的基本形(xíng)有圓(yuán)柱、矩(jǔ)形柱(zhù)和(hé)三角柱(zhù)，其他形狀(zhuàng)皆爲這些基本(běn)形的(de)變形。三(sān)角柱形(xíng)旋渦發生(shēng)體是(shì)應用最廣泛的一種，


如圖5所示。

圖中d爲儀表口(kǒu)徑。爲提高渦街(jiē)強度和穩定性(xìng)，可采(cǎi)用多旋渦(wō)發生(shēng)體，不過它(tā)的應(yīng)用并(bìng)不普遍。

d/d=0.2～0.3;c/d=0.1～0.2;

b/d=1～1.5;θ=15o～65o

⑵檢測元件

流(liú)量計檢(jiǎn)測旋渦(wō)信号有5種方式(shì)。

1）用設(shè)置(zhì)在(zài)旋渦(wō)發生體内的檢(jiǎn)測元(yuán)件直接檢(jiǎn)測發生體兩側(cè)差壓；

2）旋(xuán)渦發生(shēng)體上開設導壓孔，在(zài)導壓孔中(zhōng)安裝檢測(cè)元件(jiàn)檢測(cè)發(fā)生體兩(liǎng)側差壓；

3）檢測旋(xuán)渦發生體(tǐ)周圍(wéi)交變環(huán)流；

4）檢測(cè)旋渦發生體背(bèi)面交(jiāo)變差(chà)壓；

5）檢測尾流中旋渦(wō)列。

根據這(zhè)5種檢(jiǎn)測方(fāng)式(shì)，采用不同的檢測技術（熱敏(mǐn)、超聲、應力、應變、電容、電磁(cí)、光電(diàn)、光纖等）可(kě)以構成(chéng)不(bú)同類(lèi)型的vsf，如(rú)表1所示(shì)。

表1 旋渦發(fā)生體(tǐ)和檢測方式一(yī)覽表(biǎo)

檢測元件(jiàn)把渦街信号轉(zhuǎn)換成電(diàn)信号，該信号(hào)既微弱又(yòu)含(hán)有不(bú)同成分的噪聲，必須進行放大(dà)、濾(lǜ)波、整(zhěng)形等處理(lǐ)才能(néng)得出(chū)與流量成(chéng)比例的脈沖信(xìn)号。⑶ 轉換器(qì)

不(bú)同檢測方式應配(pèi)備不同特(tè)性的前置(zhì)放(fàng)大器，如(rú)表2所(suǒ)列(liè)。

⑷ 儀表表體

儀表表體可分爲(wèi)夾持(chí)型和(hé)法蘭(lán)型，如圖7所(suǒ)示。

圖7 儀表表體

三(sān)、安(ān)裝注意事(shì)項

vsf屬于對(duì)管道(dào)流速(sù)分布(bù)畸變(biàn)、旋轉(zhuǎn)流(liú)和(hé)流動(dòng)脈動(dòng)等敏(mǐn)感的(de)流(liú)量計，因此，對(duì)現場(chǎng)管道安裝(zhuāng)條件應充(chōng)分重(zhòng)視，遵照生産廠使用說(shuō)明(míng)書的(de)要(yào)求執行。

vsf可安(ān)裝在室(shì)内(nèi)或室(shì)外。如(rú)果安(ān)裝在地井裏，有水淹(yān)的可(kě)能(néng)，要選用(yòng)涎水型(xíng)傳感器(qì)。傳感器在管道上可以(yǐ)水(shuǐ)平、垂(chuí)直或傾斜安裝，但測(cè)量液(yè)體和氣體時爲防止(zhǐ)氣泡(pào)和(hé)液(yè)滴(dī)的幹擾(rǎo)，安裝位置(zhì)要注意(yì)，如圖16所(suǒ)示。

圖16 混相(xiàng)流體(tǐ)的安(ān)裝

（a）測量含(hán)液體(tǐ)的(de)氣體流(liú)量儀表安裝；