涡街流量计 2010-2-29.

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1 涡街流量计

2 一、流量测量 1.1流量基本概念 流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。
质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用qm表示，单位为kg/s。 重量流量：是单位时间内通过的流体重量，用qG表示，单位为kgf/s。 体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用qV表示，单位为m3/s

3 瞬时流量:是指在单位时间内流过管道或明渠某一截面的流体的量。
累积流量:是指在某一时间间隔内流体通过的总量。该总量可以用在该段时间间隔内的瞬时流量对时间的积分而得到，所以也叫积分流量。 累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量。

4 1.2流量测量方法： （1）速度式流量测量方法——直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。
（2）容积式流量测量方法——通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。 （3）通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。

5 1.3流量计种类： （1）节流式流量计：孔板、文特里 （2）容积式流量计：往复活塞、旋转活塞、圆板、刮板、齿轮、薄膜 （3）面积流量计：浮子 （4）叶轮流量计：水表、涡轮 （5）电磁流量计 （6）超声流量计 （7）流体振动流量计：涡街、涡流、射流 （8）其他：热线、皮托管、堰槽、LDV、标记

6 1.4差压式流量计：主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。
差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压的差压计组成。

7 差压式流量计工作原理及流量基本公式

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10 1.5容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。

11 1.6面积流量计：浮子 金属管浮子流量计 玻璃转子流量计

12 1.7叶轮流量计

13 1.8电磁流量计

14 1.9超声流量计

15 1.10靶式流量计

16 1.11LFX分流旋翼式蒸汽流量计

17 1.12堰槽明渠流量计测量明渠液体流量

18 二、涡街流量计 2.1基本原理： 流体流经阻挡体或者是特制的元件时，产生了流动振荡，通过测定其振荡频率来反映通过的流量。 2.2特点：
优点：无可动部件，寿命长；准确度高，线性范围宽；量程范围宽（100：1）；压力损失小；不受P、t、η、ρ等流体参数变化的影响；气、液均可以使用，可用于大口径管道的气液测量。 缺点：干扰引起的流量振荡时影响较大。 涡街流量计外形图

19 2.3涡街产生原理：当流体流动受到一个垂直于流动方向的非流线形柱体的阻碍时，柱体的下游两侧会发生明显的旋涡，成为卡门涡列，涡列的形成与流体雷诺数有关。
附面层外流体流动压力增大，速度下降。从流速分布线上可以看出，越接近柱面，速度越低。 附面层流动稳定 产生倒流现象 柱面v=0

20 卡曼涡街

21 流体流经柱体时，速度上升，压力下降（节流），在圆柱体后速度下降，压力上升。当ReD>60时，附面层分离，产生旋向相反，且交替出现的旋涡。且当涡街宽度h/相邻旋涡间距l =0.2806时，涡街达到稳定。

22 斯特罗哈数St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关，形状确定后，在一定雷诺数范围内St为常数。
数量关系：当ReD=200~50000时： 斯特罗哈数 涡列发生体两侧流体的平均流速 涡列频率 涡列发生体迎流面的最大宽度 体积流量 涡列发生体两侧的流通截面积 斯特罗哈数St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关，形状确定后，在一定雷诺数范围内St为常数。

23 涡街流量计＝传感器＋转换器 传感器 转换器 旋涡发生体（阻流体）、 检测元件、 仪表表体； 前置放大器、 滤波整形电路、 D／A转换电路、
2. 4 涡街流量计结构 涡街流量计＝传感器＋转换器 传感器 旋涡发生体（阻流体）、 检测元件、 仪表表体； 转换器 前置放大器、 滤波整形电路、 D／A转换电路、 输出接口电路、端子、支架和防护罩

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25 2.4旋涡发生体 与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和 阻力特性（压力损失）密切相关， 要求如下：
①能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离； ②在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持 恒定的斯特劳哈尔数； ③能产生强烈的涡街，信号的信噪比高； ④形状和结构简单，便于加工、安装和组合； ⑤材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温变； ⑥固有频率在涡街信号的频带外。

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27 旋涡发生体和检测方式一览表

28 2.5检测方式与前置放大器 检测方法 热敏式 超声式 应变式 应力式 电容式 光电式 电磁式 前置放大器 恒流放大器 选频放大器 电荷放大器
调谐-振动 放大器 光电放大器 低频放大器

29 2.6频率检测方法 主要方法：压力脉动测量法、流速脉动测量法、频率直接检测法； 热电阻法（P脉动）：
把圆柱做成空心，中间放入一个加热的电阻丝，在隔板层开几个导压孔，当一侧产生涡列时，P变化（脉动），另一侧未变，所以流体经过导压孔突然流过电阻丝，使之冷却，温度降低，电阻减小，另一侧再产生涡列时，流体反而再次冷却，电阻减小，测出电阻下降的次数就可以推出f。

30 热敏电阻法（灵敏度高）： 在三角柱体的迎流面上对称的嵌入两个热敏电阻，热敏电阻中通入恒定的电流，使之温度在流体静止的情况下比流体高出10℃左右。未起漩时，流体的温度相同，交替旋转时，发生漩涡的一侧，能量损失，因此流速降低，此侧对电阻的冷却作用下降，可以产生一个脉冲。

31 电磁检测法： 旋涡发生体后设置一个信号电极，并使电极处于一个磁感应强度为B的永久磁场中，流体旋涡的振动使电极同频率振动，切割磁力线产生感应电动势。特点：不怕管道振动，刚刚兴起的涡街频率检测方法。

32 2.7安装使用注意事项 涡街流量计对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。
涡街流量计可安装在室内或室外。 如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用涎水型传感器。 传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意

33 混相流体的安装

34 涡街流量计对上、下游直管段长度的要求

35 2.8使用注意事项 （1）现场安装完毕通电和通流前的检查 ①主管和旁通管上各法兰、阀门、测压、测温孔及接头应无渗漏现象；
②管道振动情况是否符合说明书规定； ③传感器安装是否正确，各部分电气连接是否 良好。 （2）接通电源静态调试 在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而引入干扰信号。如确认不是上述原因时，可调整转换器内电位器，降低放大器增益或提高整形电路触发电平，直至输出为零。 （3）通流动态调试 关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。

36 2.9涡街流量计的常见故障处理 (1)新安装或新检修好的涡街流量计安装在现场管道上后，在开表过程中有时显示仪表
无指示。这往往是管道内无流量或流量很小，致使速度V=0或很小，在传感器内无旋涡产 生。也可能是由于传感器内的检测放大器灵敏度调得太低。如果管道内未吹净的焊渣、铁屑 等杂物卡在探头与内壁之间，使探头不振动，也会引起一次表无指示。

37 (2)管道内无流体流动，但显示仪表有流量显示。这是由于仪表接地不良，引入了外部
干扰引起的;也可能是由于灵敏度调得太高所致。实践证明，灵敏度不能调得太高，否则会 引起流量偏高或指示波动;调得太低，显示仪表又无指示。一般应在无流量和无外界干扰 时，使显示仪表指零即可。 (3)管道内有强烈的机械振动，也会使显示仪表有指示，而工业生产的现场管道常常受 动力设备的影响而发生振动，这种振动所形成的噪声干扰，对涡街流量计仪表的准确检测是 非常有害的，严重时会导致仪表无法正常工作。如泵可以引起流体的压力脉动(静压脉动)， 而间隙性大幅度的开闭阀门，或负荷的突变，则可引起流体对仪表的大冲击。涡街流量计最 怕大范围的波动冲击，更怕介质中夹杂的焊渣、石块等硬物的冲击，这些都会使噪声信号增 大，以致影响测量精度。

38 (5 )涡街传感器的探头与内壁只有很小的距离，极易被沙粒、污物堵住，使振动源不能
振动，仪表指零。此时如用外力敲击几下一次表的壳体，有时会把探头与内壁之间的污物振 掉，使仪表恢复指示。有时二次表指示偏低且迟缓，是有污物堵在了探头与内壁之间，但未 堵死，此时可旋动丝杠，使振动源旋转180°，即把振动源倒过来，让流体反冲一下振动源， 有时会解决问题。 (6)有时一送电，仪表就指示某一刻度，且不管怎样调整灵敏度电位器，也总不变化， 这往往是一次表内部某元件损坏所致。