渦街流量計(jì)原理及概述.docx

1、渦街流量計(jì)原理及概述在特定的流動條件下，一部分流體動能轉(zhuǎn)化為流體振動，其振動頻率與流速（流量）有確定的比例關(guān)系， 依據(jù)這種原理工作的流量計(jì)稱為流體振動流量計(jì)。目前流體振動流量計(jì)有三類：渦街流量計(jì)、旋進(jìn)（旋渦進(jìn)動）流量計(jì)和射流流量計(jì)。流體振動流量計(jì)具有以下一些特點(diǎn)：1）輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實(shí)際體積流量成正比，它不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；2）測量范圍寬，一般范圍度可達(dá)10： 1 以上；3）精確度為中上水平；4）無可動部件，可靠性高；5）結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；6）應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣。本文僅介紹渦街流量汁（以下簡稱VSF 或流量計(jì)）。VSF 是

2、在流體中安放一根（或多根）非流線型阻流體（bluff body ），流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則的旋渦，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測元件測出旋渦頻率就可以推算出流體的流量。早在 1878 年斯特勞哈爾（Strouhal）就發(fā)表了關(guān)于流體振動頻率與流速關(guān)系的文章，斯特勞哈爾數(shù)就是表示旋渦頻率與阻流體特征尺寸，流速關(guān)系的相似準(zhǔn)則。人們早期對渦街的研究主要是防災(zāi)的目的，如鍋爐及換熱器鋼管固有頻率與流體渦街頻率合拍將產(chǎn)生共振而破壞設(shè)備。渦街流體振動現(xiàn)象用于測量研究始于20 世紀(jì) 50 年代，如風(fēng)速計(jì)和船速計(jì)等。60年代末開始研制封閉管道流量計(jì)

3、- 渦街流量計(jì)，誕生了熱絲檢測法及熱敏檢測法VSF 。 70、80 年代渦街流量計(jì)發(fā)展異常迅速，開發(fā)出眾多類型阻流體及檢測法的渦街流量計(jì)，并大量生產(chǎn)投放市場， 像這樣在短短幾年時(shí)間內(nèi)就達(dá)到從實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)到批量生產(chǎn)過程的流量計(jì)還絕無僅有。我國 VSF 的生產(chǎn)亦有飛速發(fā)展，全國生產(chǎn)廠達(dá)數(shù)十家，這種生產(chǎn)熱潮國外亦未曾有過。應(yīng)該看到， VSF 尚屬發(fā)展中的流量計(jì)，無論其理論基礎(chǔ)或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)尚較差。至今最基本的流量方程經(jīng)常引用卡曼渦街理論，而此理論及其一些定量關(guān)系是卡曼在氣體風(fēng)洞（均勻流場）中實(shí)驗(yàn)得出的， 它與封閉管道中具有三維不均勻流場其旋渦分離的規(guī)律是不一樣的。至于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更是需要通過長期應(yīng)用才能積累。

4、一般流量計(jì)出廠校驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室參考條件下進(jìn)行的，在現(xiàn)場偏離這些條件不可避免。工作條件的偏離到底會帶來多大的附加誤差至今在標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)廠資料中尚不明確。這些都說明流量計(jì)的迅速發(fā)展需求基礎(chǔ)研究工作必須跟上，否則在實(shí)用中經(jīng)常會出現(xiàn)一些預(yù)料不到的問題，這就是用戶對VSF 存在一些疑慮的原因，它亟需探索解決。VSF 已躋身通用流量計(jì)之列，無論國內(nèi)外皆已開發(fā)出多品種。全系列、規(guī)格齊全的產(chǎn)品，對于標(biāo)準(zhǔn)化工作亦很重視，流量計(jì)存在一些問題是發(fā)展中的正?，F(xiàn)象。二、工作原理與結(jié)構(gòu)1. 工作原理在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖 1 所示。旋渦列在旋渦發(fā)生

5、體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為 f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式f=SrU 1/d=SrU/md（ 1）式中U1- 旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；Sr-斯特勞哈爾數(shù)；m-旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比圖 1 卡曼渦街管道內(nèi)體積流量qv 為22(2)qv=DU/4=Dmdf/4Sr2-1K=f/qv= D(3)md/4Sr式中 K- 流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。K 除與旋渦發(fā)生體、 管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)， 它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖 2

6、 所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見，在ReD=2104 7106 范圍內(nèi)， Sr 可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測量氣體流量時(shí)，VSF 的流量計(jì)算式為(4)圖 2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線式中qVn ，qV -分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0oC 或 20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；Pn，P-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Tn， T- 分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，Zn， Z- 分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。Pa；K ；由上式可見，VSF 輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范

7、圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信號應(yīng)同時(shí)監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計(jì)量還是有直接影響的。2. 結(jié)構(gòu)VSF 由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖3 所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D A 轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、 支架和防護(hù)罩等。近年來智能式流量計(jì)還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。圖 3 渦街流量計(jì)（1）旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、 線性度、 范圍度等）和阻力特性（壓力損失）

8、密切相關(guān)，對它的要求如下。1） 能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離；2） 在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)；3） 能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信號的信噪比高；4） 形狀和結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種檢測元件的安裝和組合；5） 材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化；6） 固有頻率在渦街信號的頻帶外。已經(jīng)開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類，如圖4 所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱， 其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應(yīng)用最廣泛的一種，如圖 5 所示。圖中 D 為儀表口徑。為提

9、高渦街強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過它的應(yīng)用并不普遍。（a）單旋渦發(fā)生體（ b）雙、多旋渦發(fā)生體圖 4 旋渦發(fā)生體圖 5 三角柱旋渦發(fā)生體d/D=0.2 0.3;c/D=0.1 0.2;oob/d=11.5;=15 65 檢測元件流量計(jì)檢測旋渦信號有5 種方式。1） 用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓；2） 旋渦發(fā)生體上開設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓；3） 檢測旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流；4） 檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓；5） 檢測尾流中旋渦列。根據(jù)這 5 種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)（熱敏、超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構(gòu)成不同

10、類型的VSF，如表1 所示。表 1 旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表序旋渦發(fā)生傳感器序旋渦發(fā)生傳感器體截面形體截面形號號檢測方式檢測元件檢測方式檢測元件狀狀12345678 轉(zhuǎn)換器方式5)超聲波束9方式 2)懸臂梁 /電容，懸臂梁 /壓電片10方式 3)熱敏元件超聲波束方式 5)11應(yīng)變元件方式 1)方式1)壓電元件12方式2)壓電元件方式1)膜片 /電容13方式2)熱敏元件方式2)振動體 /電磁傳感器14方式1)膜片 /靜態(tài)電容15方式1)磁致伸縮元件16方式1)膜片 /壓電元件17方式2)熱敏元件18方式2)反射鏡 / 光電元件方式5)膜片 /壓電元件方式3)扭力管 / 壓電元件方式4)扭力管

11、/ 壓電元件方式4)振動片 / 光纖傳感器方式5)超聲波束方式2)應(yīng)變元件方式1)壓電元件方式4)應(yīng)變元件方式5)超聲波束檢測元件把渦街信號轉(zhuǎn)換成電信號， 該信號既微弱又含有不同成分的噪聲， 必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。不同檢測方式應(yīng)配備不同特性的前置放大器，如表2 所列。表 2 檢測方式與前置放大器檢測方法熱敏式超聲式應(yīng)變式應(yīng)力式電容式光電式電磁式前置放大器恒流放大器選頻放大器恒流放大器電荷放大器調(diào)諧 - 振動放大器光電放大器低頻放大器轉(zhuǎn)換器原理框圖如圖6 所示。圖 6 轉(zhuǎn)換器原理框圖 儀表表體儀表表體可分為夾持型和法蘭型，如圖7 所示。圖 7 儀表表體三、

12、 優(yōu)點(diǎn)和局限性1. 優(yōu)點(diǎn)VSF 結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便（與節(jié)流式差壓流量計(jì)相比較，無需導(dǎo)壓管和三閥組等，減少泄漏、堵塞和凍結(jié)等）。適用流體種類多，如液體、氣體、蒸氣和部分混相流體。精確度教高（與差壓式，浮子式流量計(jì)比較），一般為測量值的（1%2%） R。范圍寬度，可達(dá)10： 1 或 20： 1。壓損小（約為孔板流量計(jì)1/41/2 ）。輸出與流量成正比的脈沖信號，適用于總量計(jì)量，無零點(diǎn)漂移；在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號不受流體物性（密度，粘度）和組分的影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)， 只需在一種典型介質(zhì)中校驗(yàn)而適用于各種介質(zhì)，如圖 8 所示。圖 8 不同測量介質(zhì)的斯特

13、勞哈爾數(shù)可根據(jù)測量對象選擇相應(yīng)的檢測方式，儀表的適應(yīng)性強(qiáng)。VSF 在各種流量計(jì)中是一種較有可能成為僅需干式校驗(yàn)的流量計(jì)。2. 局限性4VSF 不適用于低雷諾數(shù)測量（ ReD 2 10），故在高粘度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制。旋渦分離的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響， 應(yīng)根據(jù)上游側(cè)不同形式的阻流件配置足夠長的直管段或裝設(shè)流動調(diào)整器 （整流器） ，一般可借鑒節(jié)流式差壓流量計(jì)的直管段長度要求安裝。力敏檢測法VSF 對管道機(jī)械振動較敏感，不宜用于強(qiáng)振動場所。與渦輪流量計(jì)相比儀表系數(shù)較低，分辨率低，口徑愈大愈低，一般滿管式流量計(jì)用于DN300 以下。儀表在脈動流、混相流中尚欠缺理論研究和實(shí)踐

14、經(jīng)驗(yàn)。四、分類與凡種類型產(chǎn)品簡介1. 分類渦街流量計(jì)可按下述原則分類。按傳感器連接方式分為法蘭型和夾裝型。按檢測方式分為熱敏式、應(yīng)力式、電容式、應(yīng)變式、超聲式、振動體式、光電式和光纖式等。按用途分為普通型、防爆型、高溫型、耐腐型、低溫型、插入式和汽車專用型等。按傳感器與轉(zhuǎn)換器組成分為一體型和分離型。按測量原理分為體積流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)。2. 幾種類型產(chǎn)品簡介各類渦街流量計(jì)性能比較如表表 33 所示。不同檢測方法渦街流量計(jì)比較檢測技術(shù)檢測名稱變化檢測原 檢測元量理件熱敏式簡牢耐靈 耐耐口徑介質(zhì)溫雷諾數(shù)單固污度 /oC范圍度敏 熱振應(yīng)用范圍/mm范圍程程性能度度 性力度渦街流流加熱體 熱敏元冷卻件

15、量計(jì)速超聲式變聲束被 超聲換渦街流化調(diào)制能器量計(jì)電容式壓差檢膜片 /渦街流測電容量計(jì)應(yīng)力式壓差檢膜片 /渦街流壓測壓電片量計(jì)差圓盤 /振動體作壓差檢電磁式渦街壓用測棱球 /流量計(jì) 力電磁變光電式反射鏡化壓差檢渦街流/光電測量計(jì)元件應(yīng)變式應(yīng)變檢 應(yīng)變元渦街流升測件量計(jì)力應(yīng)力式作-19610425 2001530+205106-15310325 15030+175106-20010415 30030+400106-1810450 20016+205106-268-48510350 2001030-40106+427-10310340 8040+50105-4010450 150151203106清

16、潔、無腐蝕液體、 氣體 小口徑液體、氣體液體、氣體、蒸汽 液體、氣體、蒸汽極低溫液態(tài)氣體高溫蒸汽低壓常溫氣體液體渦街流應(yīng)力檢 壓電元用量計(jì)測件15 300-401041020 液體、氣體、蒸汽+4007106注 -較好、 -一般、 -差。以下簡介幾種類型VSF 。 應(yīng)力式 VSF如圖 9 所示，應(yīng)力式VSF 應(yīng)用檢測方式1） 4）（見二、 2.），它把檢測元件受到的升力以應(yīng)力形式作用在壓電晶體元件上，轉(zhuǎn)換成交變的電荷信號，經(jīng)電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號。壓電傳感器響應(yīng)快、信號強(qiáng)、工藝性好、制造成本低、與測量介質(zhì)不接觸、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬，現(xiàn)場適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性較高，它是目前

17、VSF 的主要產(chǎn)品類型。圖 9 應(yīng)力式渦街流量計(jì)1-表頭組； 2-三角柱； 3-表體； 4-聯(lián)軸； 5-壓板； 6-探頭； 7-密封墊； 8-接頭；9-密封墊圈； 10-螺栓； 11-銷； 12-銘牌； 13-圓螺母； 14-支架； 15-螺栓但是， 它對管道振動較敏感，是其主要缺點(diǎn)， 幾年來，生產(chǎn)廠家做了大量工作以彌補(bǔ)此缺陷：如對儀表本身結(jié)構(gòu)， 檢測位置以及信號處理等采取措施； 在管道安裝減震方式下功夫；向用戶提供選點(diǎn)咨詢指導(dǎo)等， 已經(jīng)取得一定的進(jìn)展， 當(dāng)然如測量對象有較強(qiáng)的振動還是不用為好。（ 2）電容式 VSF電容式 VSF應(yīng)用檢測方式 1）、 2），安裝在渦街流量傳感器中的電容檢測元件

18、相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁（見圖10）。當(dāng)旋渦產(chǎn)生時(shí)，在兩側(cè)形成微小的壓差，使振動體繞支點(diǎn)產(chǎn)生微小變形， 從而導(dǎo)致一個(gè)電容間隙減少（電容量增大） ，另一個(gè)電容間隙增大 （電容量下降） ，通過差分電路檢測電容差值。當(dāng)管道有振動時(shí)， 不管振動是何方向， 由振動產(chǎn)生的慣性力同時(shí)作用在振動體及電極上，使振動體與電極都在同方向上產(chǎn)生變形，由于設(shè)計(jì)時(shí)保證了振動體與電極的幾何結(jié)構(gòu)與尺寸相匹配，使它們的變形量一致， 差動信號為零。 這就是電容檢測元件耐振性能好的原因。 雖然由于制造工藝的誤差， 不可能完全消除振動的影響，但大大提高了耐振性能。 試驗(yàn)證明，其耐振性能超過1g。電容式另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可耐高溫達(dá)400o C，溫度

19、對電容檢測元件的影響有兩方面：溫度使電容間介電常數(shù)發(fā)生變化和電極的幾何尺寸隨溫度而變， 這些導(dǎo)致電容值發(fā)生變化，另一方面由于溫度升高金屬熱電子發(fā)射造成電容的漏電流增大。 試驗(yàn)證明， 當(dāng)溫度升高至o時(shí)無論電容值變化或漏電流增大都未影響儀表的基400 C本性能。圖 10 電容式檢測元件 熱敏式 VSF熱敏式 VSF 采用檢測方式2）、 3），如圖11 所示。旋渦分離引起局部流速變化，改變熱敏電阻阻值， 恒流電路把橋路電阻變化轉(zhuǎn)換為交變電壓信號。下限流速低，對振動不敏感，可用于清潔、無腐蝕性流體測量。這種儀表檢測靈敏度較高，圖 11 熱敏式渦街流量計(jì)R11， R12-熱敏電阻 超聲式 VSF超聲式

20、VSF 采用檢測方式 5），如圖 12 所示。由圖可見，在管壁上安裝二對超聲探頭T1， R1， T 2，R2，探頭 T 1， T 2 發(fā)射高頻、連續(xù)聲信號，聲波橫穿流體傳播。當(dāng)旋渦通過聲束時(shí)，每一對旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦對聲波產(chǎn)生一個(gè)周期的調(diào)制作用，受調(diào)制聲波被接收探頭R1， R2 轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、檢波、整形后得旋渦信號。儀表有較高檢測靈敏度，下限流速較低， 但溫度對聲調(diào)制有影響， 流場變化及液體中含氣泡對測量影響較大，于溫度變化小的氣體和含氣量微小的液體流量測量。故儀表適用圖 12 超聲式渦街流量傳感器 振動體式VSF振動體式 VSF 采用檢測方式 2），如圖13 所示。在旋渦發(fā)生體軸向開

21、設(shè)圓柱形深孔，孔內(nèi)放置軟磁材料制作的輕質(zhì)空心小球或圓盤（振動體） ，旋渦分離產(chǎn)生的差壓推動振動體上下運(yùn)動，位于振動體上方的電磁傳感器檢測出旋渦頻率。它只適用于清潔度較高的流體（如蒸汽），可用于極高溫（ 427oC）及極低溫（ -268oC），這是其特點(diǎn)。圖 13 振動體式渦街流量計(jì) 升力式渦街質(zhì)量流量計(jì)旋渦分離的同時(shí)，旋渦發(fā)生體受到流體作用的升力，升力F 的大小為2F=C L U/2（ 5）式中CL -旋渦發(fā)生體升力系數(shù)。以式（ 5）除以式（ 1），經(jīng)整理后可得質(zhì)量流量qm22qm= U( /4)D=DSr/2C L mdF/f（ 6）由式（ 6）可看出，質(zhì)量流量qm 與升力 F 成正比。圖1

22、4 為原理框圖。從壓電檢測元件取出旋渦信號，經(jīng)電荷轉(zhuǎn)換器后分兩路處理：一路經(jīng)有源濾波器、施密特整形器和f/V 轉(zhuǎn)換2器，獲得與流速成正比的信號；另一路經(jīng)放大器、 濾波器獲得信號幅值與U成正比的信號。這兩路信號經(jīng)除法器運(yùn)算，獲得質(zhì)量流量。圖 14 升力式渦街質(zhì)量流量計(jì)原理框圖該方法結(jié)構(gòu)簡單，但信號幅值與壓電元件穩(wěn)定性、放大器穩(wěn)定性、 現(xiàn)場安裝條件、 被測介質(zhì)溫度等多種因素有關(guān)，測量精確度難以提高。 差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)流體通過旋渦發(fā)生體， 產(chǎn)生旋渦分離和尾流震蕩， 部分能量被消耗和轉(zhuǎn)換， 在旋渦發(fā)生體前后產(chǎn)生壓力損失2p=C DU/2（ 7）式中CD -渦街流量傳感器阻力系數(shù)。以式（ 7）除式（

23、 1），經(jīng)整理后得質(zhì)量流量qmqm= U( 22/4)D=(DSr/2mdC D)( p/f)（ 8）圖 15 示為差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)原理框圖，傳感器輸出與體積流量成正比的頻率，差壓單元測出旋渦發(fā)生體前后特定位置的差壓P，經(jīng)計(jì)算單元計(jì)算，獲得質(zhì)量流量qm。選擇阻力特性和流量特性俱佳的旋渦發(fā)生體，確定取壓孔位置， 建立 CD 的數(shù)學(xué)模型是技術(shù)關(guān)鍵。圖 15 差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)五、選用考慮要點(diǎn)1. 應(yīng)用概況VSF 自 20 世紀(jì) 70 年代在工業(yè)上應(yīng)用以來，由于它具有一些突出的特點(diǎn)，受到用戶歡迎，并得到迅速發(fā)展。像它這樣開發(fā)只有20 多年即已躋身通用流量計(jì)之列，在流量計(jì)中是少有的。由于應(yīng)用時(shí)間

24、短，無論理論研究或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)都比較薄弱，不免出現(xiàn)一些問題，這是不足為怪的。多年實(shí)踐證明，VSF 的選用（選型和使用）是用好流量計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此儀表制造廠應(yīng)加強(qiáng)售前服務(wù)， 即幫助用戶選型， 并在安裝投用上給予指導(dǎo)。 只要抓住這一環(huán)節(jié)，該流量計(jì)不失為一種性能不錯(cuò)的流量計(jì)。20 世紀(jì) 90 年代中后期世界范圍內(nèi)VSF 在流量儀表總量中，臺數(shù)約占3% 5%，每年 5萬 6 萬臺，金額占 4%6%；在我國銷售臺數(shù)約占流量儀表總量（不包括家用燃?xì)獗砗退砑安ＡЧ芨∽恿髁坑?jì)）的 6%8%，每年 15 萬 2 萬臺。2. VSF 的口徑選擇VSF 的儀表口徑及規(guī)格選擇很重要，它類似于差壓流量計(jì)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)

25、算，要遵循一些原則進(jìn)行選擇。儀表口徑選擇步驟如下。首先必須明確以下工作參數(shù)。1）流體名稱，組分；2）工作狀態(tài)的最大、常用、最小流量；3）最高、常用、最低工作壓力和工作溫度；4）工作狀態(tài)介質(zhì)的粘度。VSF 的輸出信號是與工作狀態(tài)的體積流量成正比的，因此如已知?dú)怏w流量是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量時(shí)，應(yīng)把它換算成工作狀態(tài)下的體積流量qvqv=q n(pnTZ/pT nZn) m3 h（9）式中 qv， qn-分別為工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3 h；P，Pn- 分別為工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對壓力，Pa；T ，T n-分別為工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的熱力學(xué)溫度，K ；Z ， Zn-分別為工作狀態(tài)和

26、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體壓縮系數(shù)。工作狀態(tài)下介質(zhì)的密度 和體積流量 qv=n(pT nZ n/ pnTZ)(10)式中， n-分別為工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的介質(zhì)密度，kg/m 3；其余符號同上。qv =q m （ 11）式中qm-質(zhì)量流量， kg/h 。下面需要選擇傳感器口徑。 傳感器口徑選擇主要是對流量下限值進(jìn)行核算。 它應(yīng)該滿足兩個(gè)條件：最小雷諾數(shù)不應(yīng)低于界限雷諾數(shù) （ ReC 2104）和對于應(yīng)力式 VSF 在下限流量 時(shí)2旋渦強(qiáng)度應(yīng)大于傳感器旋渦強(qiáng)度的允許值（旋渦強(qiáng)度與升力U成比例關(guān)系） ，對于液體還應(yīng)檢查最小工作壓力是否高于工作溫度下的飽和蒸氣壓，即是否會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。這些條件用數(shù)學(xué)式可表示如

27、下(12-14)式中qVmin ， qV0min - 分別為工作狀態(tài)和校準(zhǔn)狀態(tài)下的最小體積流量，m3/h；（ qVmin ） -滿足旋渦強(qiáng)度要求時(shí)最小體積流量，m3/h；（ qVmin ） -滿足最小雷諾數(shù)要求時(shí)最小體積流量，m3/h；， kg/m3；0-分別為工作狀態(tài)和校準(zhǔn)狀態(tài)下介質(zhì)的密度， 0-分別為工作狀態(tài)和校準(zhǔn)狀態(tài)下介質(zhì)的運(yùn)動粘度，m2/s；Pmin-最小工作壓力， Pa； p-最大流量時(shí)傳感器的壓力損失，Pa， p=C2D（ U/2）， CD 2U- 管道平均流速， m s；PV -工作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa。比較（ qVmin ） ，和（ qVmin ） ：若（ q） ） ，

28、可測流量范圍為（ q） q，線性范圍為（ qVmin）Vmin（ qVminVminVmaxqVmax ；若（ q） （ qVmin） ，可測流量范圍和線性范圍為（q） qVmax。VminVmin流量測量范圍的確定還應(yīng)檢查是否處于儀表的最佳工作范圍（即上限流量的1/2 2/3處）。表 4 示有某型號渦街流量計(jì)特定校準(zhǔn)條件下各種口徑的流量測量范圍。表 4某型號渦街流量計(jì)特定校準(zhǔn)條件下流量測量范圍口徑 DN/mm液體 /(m3 /h)氣體 /(m3/h)標(biāo)準(zhǔn)測量范圍可選測量范圍標(biāo)準(zhǔn)測量范圍可選測量范圍201.2 1216 161.6188608 120402 302 4

29、81818018310503 503 7030300304808015 150101707070070 123010020 200152701001000100192012536 360254501501500140300015050 5004063020020002004000200100 100080 120040040003208000250150 15001201800600600055011000300200 2000180250010001000080018000注：校準(zhǔn)條件如下：3-621液體：常溫水， t=20， =998.2kg/m， =1.00610m /s。2氣體：常溫常

30、壓空氣，3-62t=20， P=0.1MPa （絕）， =1.205 kg/m， =1510 m /s。根據(jù)上述原則選擇的儀表口徑不定與管道通徑相一致，如不同時(shí)應(yīng)連接異形管并配置一段必要的直管段長度?！纠?1】空氣流量測量 已知條件最大流量： 2000m3/h（ 20,101.325kPa）3最小流量： 300m /h（ 20， 101.325kPa）管道內(nèi)徑： 80mm工作壓力： 0.5MPa（絕）工作溫度： 60（ 2）輔助計(jì)算(3) 口徑選擇比較（ qV0min） 和（ q） ，V0min（ qV0min ） （ qV0min ）故可測流量范圍為（qV0min） qVmax 。即可測流量

31、范圍為143.7 2000m3查得 DN100可滿足要求，這樣VSF 口徑/h，由表 4與管道通徑不一致，應(yīng)設(shè)置異徑管（擴(kuò)散管）并配置一段直管段?！纠?2】熱水流量測量（ 1）已知條件最大流量： 18m3/h最小流量： 6 m3/h工作壓力： 0.25MPa工作溫度： 90介質(zhì)密度： 965 kg/m 3介質(zhì)粘度： 3.32 10-7 m2/s（ 2）口徑選擇比較（ qV0min ） 和（ qV0min ） ，（ q） ）V0min（ qV0min可測流量范圍為（ q） qVmax。查得 DN40 、 ND50 皆可滿足要求，選擇DN40 更V0min合適些。（ 3）檢查壓力損失最大流量時(shí)平均

32、流速 Umax 為查生產(chǎn)廠提供的資料得CD ： 2.2225則 p=1.1 Umax=1.1965 3.98=0.168 10 Pa不發(fā)生氣穴的最低工作壓力p=2.7 pmax+1.3pv=2.70.168 105+1.3 0.7149 105=0.138MPa故由計(jì)算可知不會發(fā)生氣穴現(xiàn)象。飽和水蒸氣的流量測量范圍可由表4 所示氣體流量測量范圍用下式求得(15)式中qm-水蒸氣的質(zhì)量流量，t/h ；3qv 空 -空氣的體積流量，m /h；3-水蒸氣的密度，kg/m ；3。0-空氣的密度， 0=1.205 kg/m飽和水蒸氣的流量測量范圍如表5 所示。試計(jì)算 DN100 飽和水蒸氣 0.8MPa

33、 時(shí)的流量范圍。1） 由表 4 查得 DN100 流量范圍 100 1000 m 3/h；2） 由飽和水蒸氣密度表查出3；0.8MPa 時(shí)， =4.162 kg/m3） 計(jì)算得表 5飽和水蒸氣質(zhì)量流量范圍單位：（ kg/ h）絕壓 p/MPa0.20.30.40.50.60.70.8溫度 T/oC120.23133.54143.62151.84158.94164.96170.41密度 p/(kg/m 3)1.1291.6512.1632.6693.1703.6674.162DN20 Q min11131516181920Qmax89130150160180190200可擴(kuò)展最大上限891301

34、71211250290329DN25 Q min14171922232527Qmax140170190220230250270可擴(kuò)展最大上限140204267330391453541DN40 Q min31384448535760Qmax310380440480530570600可擴(kuò)展最大上限357522684844100311601317DN50 Q min526373818895101Qmax5206307308108809501010可擴(kuò)展最大上限55881610691320156818132058DN80 Q min122148170188205221235Qmax1220148017

35、001880205022102350可擴(kuò)展最大上限1429209027383379401346425269DN100 Q min175212242269293315336Qmax1750212024202690293031503360可擴(kuò)展最大上限2233326642785279627072548233DN125 Q min262317363404440473504Qmax2620317036304040440047305040可擴(kuò)展最大上限348951036685824997981133412864DN150 Q min350423484538586631672Qmax35004230484

36、05380586063106720可擴(kuò)展最大上限50257348962711879140191632115824DN200 Q min7008469691076117312611344Qmax70008460969010760117301261013440可擴(kuò)展最大上限8933130641711521119250832901632993DN250 Q min1050126914531641175918922016Qmax10500126901453016410175901892020160可擴(kuò)展最大上限13958204122674232998391934533751457DN300 Q min

37、1750211624222690293231533359Qmax17500211602422026900293203153033590可擴(kuò)展最大上限20100293943850947518564386528674099DN350 Q min2624317436324035439747305038Qmax26240317403632040350439704730050380可擴(kuò)展最大上限27359400852415646777681888862100857DN400 Q min3149380843594842527756766047Qmax3149038080435904842052770567

38、6060470可擴(kuò)展最大上限35734522566846184477100334116064131732DN500 Q min4374528960546725732978838398Qmax43740528906054067250732907883083980可擴(kuò)展最大上限5583481650106971131995156772181351205831DN600 Q min559967707749860893811008910749Qmax5599067700774908608093810100890107490可擴(kuò)展最大上限80401117576154038190073225752261146296397絕壓 p/MPa0.91.01.21.41.61.82.0溫度 T/oC175.36179.88187.96195.04201.37207.11212.37密度 p/(kg/m 3)4.6555.1476.1277.1068.