涡街流量计的研究

　　涡街流量计是依据流体振动频率与流速有对应关系的原理工作的。自20 世纪60 年代末开始研制至今, 已开发出众多类型阻流体及检测法的涡街流量计, 并在管道流量测量中得到广泛应用, 跻身通用流量计之列。涡街流量计之所以会受到如此青睐, 与它所具有的特点密不可分。首先它输出的是与流量成正比的频率信号, 并且频率信号不受流体组分、密度、压力、温度的影响; 量程范围较宽; 精确度为中上水平; 无可动部件, 可靠性高; 结构简单牢固, 安装维护方便, 维护费较低; 应用范围广泛, 可适用液体、气体和蒸气。但是应该看到, 涡街流量计尚属发展中的流量计, 无论其理论基础还是实践经验尚较差。一方面, 至今其流量方程经常引用卡门涡街理论, 而此理论及其一些定量关系是卡门在气体风洞( 均匀流场) 中实验得出的, 它与封闭管道中具有三维不均匀流场的旋涡分离的规律是不一样的。另一方面, 实践经验更是需要通过长期应用才能积累。因此, 涡街流量计的基础研究工作必须跟上, 否则在实用中会出现一些预料不到的问题[ 1] 。

　　近年来, 国内外科研工作者针对涡街流量计在应用中出现的问题, 运用计算机数值仿真技术、微电子技术及先进制造技术, 在涡街流量计应用领域展开了大量研究, 并取得了一定成果。

　　1 涡街流量计测量原理

　　涡街流量计的测量原理如图1 所示. 在流体管道中插入一定形状的旋涡发生体( 阻流体) , 当流体绕过发生体后, 在发生体两侧会交替产生规则的旋涡, 这种旋涡称为卡门涡街。经过推导, 流体的体积流量Q 与漩涡频率f 符合下面公式:

　　2 涡街流量计文献综述

　　涡街流量计自上世纪70 年代投放市场以来, 深受广大用户欢迎, 目前已广泛应用于石油化工、冶金、机械、轻纺、制药等工业领域中, 作为管道中液体、气体、蒸汽的计量和工业过程控制中不可缺少的流量测量仪表。涡街流量计适用的管道口径一般在300 mm 以下, 测量的精确度对于液体大致在±0. 5%~± 1% , 对于气体在± 1% ~ ± 2%, 重复性一般为0. 2% ~ 0. 5%。涡街流量计不适用于测量低雷诺数( ReD ≤2 x 104 ) 流体, 一般液体平均流速下限为0. 5 m/ s, 气体为4~ 5 m/ s[ 3] 。

　　目前, 日本横河( Yo kog aw a) 电机株式会社生产的涡街流量计在国际市场上的占有率最高。此外,ABB 公司、Eastech 公司、Fox boro 公司、Rosemo unt公司等生产的涡街流量计也占据了一定的市场份额。不同公司生产的产品具有不同的特点, 特别是在涡街发生体的形状设计上, 各有千秋, 有梯形、长方形、T 形, 还有多发生体等, 对涡街信号的检测也有不同方法, 采用的元件有压电元件、热敏元件、超声波、电容元件等, 在涡街信号处理上为提高测量精度, 也有各自独有的一些专利技术。