渦街流量計與旋進流量計的比較研究

1 引言

流量計是測量流體流量的儀器，在石油、化工、電力、冶金、采礦、食品、輕工等很多工業生產過程中，都有對流體流速的測量，在應用zui廣泛的工業領域，流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類之一，在工業生產中至關重要。人們對流量計量測試技術的要求越來越高促使流量技術也在迅速發展著，各種適合于不同環境的流量計也應運而生。現在使用較為廣泛的流量計有：差壓式孔板流量計，轉子流量計，渦街流量計，容積式流量計，電磁流量計，質量流量計，超聲波流量計等等。我們今天主要介紹渦街與旋進流量計，雖然旋進流量計和渦街流量計都是基于流體力學而設計的流量計，但他們結構與原理是有區別的適應范圍也是不同的。

2 渦街流量計的工作原理

渦街流量計是一種速度式流量儀表，它是以質量守恒為基礎，利用流體自然震蕩的原理制成的一種漩渦分離的流量計，它又稱為漩渦流量計和卡門漩渦流量計。在流體中設置漩渦發生體即阻流體，從漩渦發生體兩側交替的產生有規則的漩渦，這種漩渦稱為卡曼渦街，渦列的個數或者說頻率和流速成正比。因而通過測量渦街頻率就可知道流體的流速，從而計算出流體的流量。渦街流量計的漩渦發生體有很多種，大量使用的有圓柱，三角形，矩形等。圓柱形壓力損失小但漩渦強度低，矩形漩渦強度大，但壓力損失也大；三角形壓力損失一般，但漩渦強度大，所以三角形發生體在實際中有著廣泛地應用。渦街流量計檢測方法有利用伴隨漩渦分離的物理效應，可以采用熱敏、力敏元件或通過光、聲調制方法等來檢測漩渦分離頻率。至今用于檢測分離頻率的方法和采用的元件是多種多樣的，歸納起來有以下幾種方法：

（1）熱敏元件檢測方法，漩渦分離產生的交變環流所引起的整體表面速度脈動或者交變橫向流的頻率，用加熱的金屬絲、熱敏電阻器進行檢測；

（2）力敏元件檢測方法，漩渦分離造成的交變差壓、交變升力或者交變升力引起的機械振動，用差動電容、電阻應變片、壓電晶體、壓電陶瓷等檢測；

（3）電磁傳感器檢測方法漩渦的分離所引起的膜片或者梭球等的往復振動的頻率，用電磁傳感器檢測；

（4）聲、光信號調制檢測方法利用聲束光束通過渦街時受到漩渦的調制，由接收聲強光強或相位的脈動頻率得到漩渦分離頻率。

3 旋進流量計的工作原理

旋進流量計也稱為旋進式渦街流量計，它是利用流體強迫震蕩的原理，當流體進入測量管時通過螺旋導流架后，形成一股具有旋進中心的渦流，隨著管徑內腔的收縮，使渦流速度和渦流前進速度都加強，在此區域內的流體中心是藝術速度很高的漩渦流，沿著測量管的中心線運動，到熱敏電阻時，由于測量管內腔突然擴大，流速急劇減少，一部分流體形成回流，于是流體不沿著測量管內腔中心線運動，而圍繞中心線旋轉，即所謂旋進，旋進頻率與流速成正比，因而測得旋進頻率即可測得流速。