淺析渦街流量計工作原理及計量誤差產生的原因

渦街流量計因為無可動部件，結構堅固，精度高，重復性，可測氣體、液體、蒸汽被廣泛應用于工業(yè)生產中，成為目前常用的一種流量測量儀表。不管儀表如何的先進和制造*，由于其工作的原理，在現(xiàn)場使用中會因為不同的原因而產生不可避免的測量誤差，下面我們就來分析一下渦街流量計工作原理及計量誤差產生的原因，并且通過分析，得到提高渦街流量計測量精度的方法。

一、渦街流量計的工作原理

渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經過渦街流量傳感器時，渦街流量傳感器中設置有旋渦發(fā)生體（阻流體），在流體從旋渦發(fā)生體兩側交替地產生有規(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)生體下游非對稱地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質來流的平均速度為v，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,表體通徑為D，根據卡曼渦街原理，有如下關系式：

F=Sr*v₁/d=Sr*v/md    (1)

式中：

V₁為旋渦發(fā)生體兩側平均流速，m/s；

Sr為斯特勞哈爾數(shù)；

m為旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比。

管道內體積流量q_v為：

q_v=πD²v/4=πD²mdf/4Sr  (2)

K=f/ q_v=[πD²md/4Sr]^-1   (3)

式中：K為流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m³或（P/m³）。

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關。

斯特勞哈爾數(shù)Sr為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關，在雷諾數(shù)在一定范圍內，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。

圖（2）

因此，渦街流量計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)范圍內僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關。

從上面的工作原理分析，渦街流f計誤差生成的原因及處理方法：

（1）雷諾數(shù)的影響及校正

A）雷諾數(shù)的影響：由渦街流量計的工作原理及圖（2）的斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關系曲線我們可以知道，在雷諾數(shù)為2x104一7X106范圍內，曲線是平坦的，是儀表正常工作范圍。在雷諾數(shù)為5 X 103一2x104范圍內曲線不再平坦，雖然也在儀表的工作范圍內，但因為斯特勞哈爾數(shù)增大，會產生測量誤差，流量系數(shù)需經校正后才能保證流量測量精確度。

B）雷諾數(shù)影響的校正

雷諾數(shù)影響的校正一般有兩種方法。一種是在流量二次表中完成，適用于渦街流量計本身無校正能力的測量系統(tǒng)。另一種是在渦街流量(變送器)中實現(xiàn)，適用于渦街流量計本身有校正能力的測量系統(tǒng)。

（2）流體溫度變化的影響

A）流體溫度變化的影響

由渦街流量計的工作原理和式(3)我們可以看出，渦街流量計流量系數(shù)K受流體溫度的影響由兩部分組成，一是由發(fā)生體寬度d變化引起，另一個由管道內徑D變化引起。從式(1)中可以看出，f與d成反比，流體溫度升高，流量示值偏低;K與D2成反比，流體溫度升高后，D增大，K減小，流量示值偏低。由于實際中使用的流體溫度與設計時的流體溫度有較大的差異，由此引入的誤差是可觀的。

B）流體溫度變化影響的校正

流體溫度變化影響的校正方法是按照流體的實際溫度重新計算流量系數(shù)。

（3）發(fā)生體迎流面堆積的影響

A）發(fā)生體迎流面堆積產生的影響

在被測流體中如果存在著乳性顆粒或夾雜較多的纖維狀物質，則會逐漸堆積在旋渦發(fā)生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而流量系數(shù)也相應變化，產生誤差。

B）發(fā)生體迎流面堆積的處理

發(fā)生體迎流面堆積產生的影響目前無好的校正方法。在必要的情況下，可以通過定期更換發(fā)生體的辦法解決。

（4）發(fā)生體銳緣磨損的影響

A）發(fā)生體銳緣磨損產生的影響

正常情況下，渦街流量計旋渦發(fā)生體的迎流面的兩條棱邊是銳利的，但如果被測流體中含有固形物，則銳緣很容易被磨損而變成圓弧，由于幾何形狀和尺寸發(fā)生了變化，也會引起流量系數(shù)K的變化。隨著銳緣半徑r的增大，渦街流量計的流量系數(shù)相應增大，流量示值也呈正比地增大。

B）發(fā)生體銳緣磨損產生影響的處理

發(fā)生體銳緣磨損后，應對儀表的流量系數(shù)重新標定，當磨損嚴重、流量系數(shù)變化太大時，應考慮更換發(fā)生體。在制造渦街流量計時，選擇耐磨性能優(yōu)良的材質制造發(fā)生體，是根本的、積極的辦法。

（5）管道內徑引入的誤差

A）管道內徑引入的誤差分析

現(xiàn)場中的工藝管道種類繁多，正常情況下，與渦街流量計連接的管道，其內徑與渦街流量計測量管內徑并不*一致。當管道內徑等于或略大于渦街流量計測量管內徑時，流量系數(shù)正常。若管道內徑小于測量流量管內徑時，由于流體流過截面積突變的管段時會產生二次流，因此流量示值會出現(xiàn)明顯的波動，產生誤差。

B）管道內徑引人的誤差的修正

當管道內徑小于測量管內徑(3%)時，雖然不會對儀表本身的流量系數(shù)產生影響，但因流通截面積突變引起流速變化可能產生附加測量誤差。這時，可通過修正流量系數(shù)K來補償，在必要的情況下，可以通過定期更換發(fā)生體的辦法解決。