渦街流量計的工作原理分析及應用

　　渦街流量計由傳感器和轉換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發生體(阻流體)、檢測元件、儀表表體等;轉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換器內。

　　圖3 渦街流量計

　　在現場中的應用

　　1 現場應用

　　渦街流量計適用的流體比較廣泛，但不適用于低雷諾數(ReD≤2×104)流體。因為在低雷諾數時，斯特勞哈爾數隨著雷諾數而變，儀表線性度變差。同時，含固體微粒的流體對旋渦發生體的沖刷會產生噪聲，其含有的短纖維若纏繞在旋渦發生體上將改變儀表系數。

　　渦街流量計在混相流體中的應用如下：

　　①可用于含分散、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應小于7%～10%的氣、液兩相流，若容積含氣率超出2%就應對儀表系數進行修正。

　　②可用于含分散、均勻的固體微粒，含量不大于2%的氣固、液固兩相流。

　　③可用于互不溶解的液液(如油和水)兩組分流等。

　　脈動流和旋轉流會對渦街流量計產生嚴重影響。如果脈動頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振，破壞正常工作和設備，使渦街信號產生“鎖定(Lock-in)”現象，這時信號會固定于某一頻率。“鎖定”與脈動幅值、旋渦發生體形狀及堵塞比等有關。

　　渦街流量計的精確度對于液體大致在±0.5%R～±2%R之間，對于氣體在±l%R～±2%R之間，重復性一般為 0.2%～0.5%。由于渦街流量計的儀表系數較低，頻率分辨率低，口徑愈大精度愈低，故儀表口徑不宜過大(DN300以下)。

　　范圍度寬是渦街流量計的特點，但重要的一點是量程下限的流量數值。一般液體平均流速下限為0.5m/s，氣體為4～5m/s。渦街流量計的正常流量最好在正常測量范圍的1/2～2/3處。

　　渦街流量計的最大優點是儀表系數不受測量介質物性的影響，可以由一種典型介質推廣到其他介質上。但由于液、氣的流速范圍差別很大，導致頻率范圍亦差別很大。處理渦街信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數亦不同，因此，同一電路參數不能用于測量不同介質。

　　另外，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時產生的信號強度與密度成正比，因此信號強度差別亦很大。液、氣放大器電路的增益、觸發靈敏度 等皆不相同，壓電電荷差別大，電荷放大器的參數也不相同。即使同為氣體(或液體、蒸汽)，隨著介質壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍不同，信號強度亦 不同，電路參數同樣要改變。因此，一臺渦街流量計不經硬件或軟件修改，改變使用介質或改變儀表口徑是不可行的。

　　2 安裝注意事項

　　渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計，因此，對現場管道安裝條件應充分重視，嚴格遵照使用說明書執行。

　　渦街流量計可安裝在室內或室外。如果安裝在地井里，為防止被水淹沒，應選用涎水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝，但測量液體和氣體時為防止氣泡和液滴的干擾，要注意安裝位置(見圖4)。

　　圖4 測量含液體和含氣液體的流量儀表安裝