渦街流量計的應用

渦街流量計作為一種新型儀表，在流量測量中應用廣泛，但在安裝中存在不少的問題，本文就安裝中應注意的幾個問題進行闡述，以便更好地安裝渦街流量計。同時，渦街流量計在現場實際使用中會產生不同程度的誤差。本文也對其在流量測量中的誤差產生原因進行了分析，提出處理方法，以提高其測量精度。 

1 渦街流量計的安裝 

了解清楚儀表的結構、使用環境、安裝要求等，嚴格按照安裝手冊的要求進行安裝。在已投產的設備上安裝時還應注意安全措施是否完備，特別是涉及高溫、高壓介質的。 

1.1 安裝前一般要求 

1）盡可能裝在振動和沖擊小的場所，如測量到管路中有振動，則應采取加固管道等減振措施。2）若流量計受到生產設備的熱輻射較強，則應采取隔熱和通風措施。3）流量計安裝地點周圍應有充裕的空間，以便安裝和維護。4）流量計可垂直、水平或傾斜安裝。測量液體時，測量點必須充滿液體，垂直安裝時，液體流向必須自下而上。5）一般情況下，把流量計安裝在閥門的下游。6）應保證流量計前后有足夠長度的直管段。

 
圖1 渦街流量計對上、下游直管段長度的要求

1.2 儀表安裝中應注意的問題 

1）儀表安裝時一定要注意，不能搞錯方向，要按照儀表隨機資料的要求來確定安裝方向。2）原則上儀表要豎直向上安裝在水平管路上。如果確實因管路布置和安裝空間的限制，不能豎直向上安裝，則部分儀表也可水平安裝。3）儀表的上游與下游要有足夠長的直管段。一般地，儀表的上游與下游直管段長度要求如圖1所示。如果不能滿足要求，則可能使測量精度降低甚至儀表根本無法工作。4）某些情況下，需要對被測流體進行溫度、壓力補償。5）對某些液體介質通過儀表時由于壓力降低造成的汽化現象要予以充分的注意。6）傳感器與管道的連接如圖2所示。在與管道連接時要注意以下問題：a.上、下游配管內徑D與傳感器內徑D'相同，其差異滿足下述條件：0.95D≤D'≤1.1D。b.配管應與傳感器同心，同軸度應小于0.05D'。c.為防止泄漏，安裝儀表時要使用密封墊。d.管道安裝法蘭時的焊渣一定要清除干凈，必須保證儀表兩側管道內部光潔流暢。e.如需斷流檢查與清洗傳感器，應設置旁通管道如圖3所示。7）減小振動對渦街流量計的影響。8）成套安裝，包括前后直管段，流動調整器等是保證獲得高度測量的一個措施。9）電氣安裝應注意傳感器與轉換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應超過使用說明書的規定。

2 渦街流量計的工作原理 

渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經過渦街流量變送器時，渦街流量變送器中設置有旋渦發生體（阻流體），在流體從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。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，根據卡曼渦街原理，有如下關系式：

其中，U1為旋渦發生體兩側平均流速，m/s；Sr為斯特勞哈爾數；m為旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比：m=1-。 

管道內體積流量qv為：

其中，K為流量計的儀表系數。 

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。如圖4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4可見，在ReD=2×10⁴～7×10⁶范圍內，Sr為常數，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：

其中，qn，qv分別為標準狀態下（0℃或20℃，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。

 
圖4 斯特勞哈爾數與雷諾數關系曲線

可見，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。由式（2）和式（4）可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過渦街流量計的流量。 

3 渦街流量計誤差生成的原因及處理 

3.1 雷諾數的影響 

1）雷諾數的影響。由渦街流量計的工作原理及圖4的斯特勞哈爾數與雷諾數關系曲線我們可以知道，在雷諾數為2×10⁴～7×10⁶范圍內，是儀表正常工作范圍。在雷諾數為5×10³～2×10⁴范圍雖然也在儀表的工作范圍內，但因為斯特勞哈爾數增大，會產生測量誤差，流量系數需經校正后才能保證流量測量度。 

2）雷諾數影響的校正。雷諾數影響的校正一般有兩種方法。一種是在流量二次表中完成，適用于渦街流量計本身無校正能力的測量系統。另一種是在渦街流量傳感器（變送器）中實現，適用于渦街流量計本身有校正能力的測量系統。 

3.2 流體溫度變化的影響 

1）流體溫度變化的影響。由渦街流量計的工作原理和式（3）我們可以看出，渦街流量計流量系數K受流體溫度的影響由兩部分組成：a.由發生體寬度d變化引起；b.由管道內徑D變化引起。 
                                             渦街流量計的應用
從式（1）中可以看出，f與d成反比，K與D²成反比，由于實際中使用的流體溫度與設計時的流體溫度有較大的差異，由此引入的誤差是可觀的。2）流體溫度變化影響的校正。流體溫度變化影響的校正方法是按照流體的實際溫度重新計算流量系數。 

3.3 發生體迎流面堆積的影響 

1）發生體迎流面堆積產生的影響。在被測流體中如果存在著粘性顆粒或夾雜較多的纖維狀物質，則會逐漸堆積在旋渦發生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發生變化，因而流量系數也相應變化，產生誤差。 

2）發生體迎流面堆積的處理。發生體迎流面堆積產生的影響目前無好的校正方法。在必要的情況下，可以通過定期更換發生體的辦法解決。 

3.4 發生體銳緣磨損的影響 

1）發生體銳緣磨損產生的影響。渦街流量計旋渦發生體的迎流面如果被測流體中含有固形物，則銳緣很容易被磨損而變成圓弧，會引起流量系數K的變化。2）發生體銳緣磨損的處理。發生體銳緣磨損后應對儀表的流量系數重新標定，當磨損嚴重，流量系數變化太大時，應考慮更換發生體（選擇耐磨性能優良的材質制造發生體，是根本的、積極的辦法）。 

3.5 管道內徑引入的誤差 

1）管道內徑引入的誤差分析。正常情況與渦街流量計連接的管道，其內徑與它測量管內徑并不*一致。當管道內徑等于或略大于渦街流量計測量管內徑時，流量系數正常。反之，由于流體流過截面積突變的管段時會產生二次流，因此流量示值會出現明顯的波動，產生誤差。 

2）管道內徑引入的誤差的修正。當管道內徑小于測量管內徑（3%）時，因流通截面積突變引起流速變化可能產生附加測量誤差。這時，可通過修正流量系數K'來補償，K'=FD×K=K×(D2/D1)²，其修正系數FD的表達式為：FD=(D2/D1)²。其中，D1為測量管實際內徑；D2為管道實際內徑. 

4 結語 

渦街流量計的安裝不當會造成無輸出信號、偽輸出、間斷或不穩定輸出、不準確或非線性輸出、非重復輸出等多方面的問題。但是，只要我們認真注意儀表安裝中的注意事項，就一定能夠高質量地完成渦街流量計的安裝工作。由于渦街流量計種類繁多，各種渦街流量計在流量測量中的誤差也不盡相同。只要我們在實際工作中深入現場，仔細觀察，仔細分析，就可以發現問題并進行針對性的處理，從而確保流量的正確測量。 
如有需求請詳見：渦街流量計的應用