涡街流量计应用工况的技术分析

　　涡街流量计是近几年发展起来的测量介质流量的新型计量仪表。在一定雷诺数范围内,几乎不受被测介质温度、压力等因素的影响。但其安装使用的工况对仪表的精度有较大影响,工况恶劣时可导致仪表示值无效。本文就空压系统使用涡街流量表因流量计径向振动、介质不纯等,干扰和破坏了仪表的正常使用工况,导致空气流量指示偏差过大的实际问题,从卡门涡街流量计的原理作了技术分析,并提出了正确地选择涡街流量计使用工况,以保证仪表的正常运行和计量精度的技术要求。

　　1　实例分析

　　我公司先后在对压缩空气和氧气流量测量分别应用了宜兴仪表厂和青岛仪表厂的涡街流量计,从工艺参数的提供、审定到安装都按技术要求进行。但投运以后,氧气的计量能满足要求,压缩空气的示值却波动变化大,最大示值超出空压机的生产能力或者示值偏小。为了查清原因,首先对两套仪表的部分技术参数和安装条件进行对比(如表1)。

　　由表1我们初步判定管道振动和被测介质含杂质是影响压缩空气计量的两个因素。那么具体的干扰过程必须从涡街流量计的工作原理和检测原理上来分析。

　　1.1　涡街流量计工作原理

　　在流体中,垂直于流向插入一非线性柱状物体,例如圆柱体或三角柱体,当流速大于一定值时,流体从柱状体分离出来,并在物体之后两侧会交替出现旋涡。两侧的旋涡旋转方向相反,形成旋涡列,如图1所示。这种旋涡列被称作卡门涡街。

　　其中　是涡街稳定条件;h为涡列的间距;l为同列旋涡的间距。

　　以圆柱体为例,柱后单列旋涡形成频率

　　式中　S_t为施劳哈尔数,无量纲;v为流体绕流速度;d为圆柱体直径。(以d为特征尺寸的雷诺数R_eD=3×10₂~2×10₅范围内,S_t=0.21为一恒定值。)

　　因此,由式(1)可以看出,在一定的雷诺数范围内,St为常数,流速与频率成线性关系,测出f,就可确定流体的流量。

　　1.2　旋涡产生频率的检测原理

　　旋涡产生频率检测方式一般归为两类,即流体振动频率的检测和流体作用旋涡发生体上力的交替变化频率的检测。针对我公司现场使用情况,下面仅介绍前者。

　　电阻法利用流体流动的冷却作用来检测旋涡产生的频率,检测流体振动频率的传感器有自热式铂电阻或热敏电阻。

　　采用圆柱形旋涡发生体时,管道内旋涡情况如图2。

　　圆柱体两侧的导压孔与内部空腔相通,空腔有隔墙分成两部分,隔墙内部开有一小孔,小孔中装有检测往复流动的铂电阻丝,随着旋涡的交替产生,流体在小孔中往复流动,流经通过加热电流的电阻丝时,带走部分热量,使铂丝电阻值改变,电阻值的变化与产生的旋涡频率相对应,由此可测出与流量成正比的频率。