0引言
空(kong)氣吹過(guo)煙囪，河(he)水流過(guò)橋墩會(huì)在煙囪(cong)、橋墩後(hou)産生漩(xuán)渦。漩渦(wō)會引起(qǐ)震動，空(kong)氣與河(he)水的震(zhèn)動可能(néng)引起煙(yān)囪🛀🏻、橋墩(dun)的共振(zhen)，造成煙(yān)囪斷裂(liè)、橋墩倒(dǎo)塌，給人(rén)們的生(shēng)産、生活(huó)帶來🐅巨(jù)大的損(sǔn)失。這就(jiu)是卡門(men)渦街在(zai)自然界(jiè)的存在(zài)。美籍匈(xiong)牙利科(kē)學家馮(féng).卡門（Karman）1906在(zài)✍️德國哥(ge)廷根大(da)學做助(zhù)教期間(jiān)，協助德(dé)國普朗(lang)特教授(shòu)做哈依(yi)門茲水(shui)槽試驗(yan)時，發現(xian)水流流(liú)過水槽(cao)的圓柱(zhù)體後，在(zai)圓柱體(tǐ)後邊産(chǎn)生兩列(liè)規律性(xing)的漩渦(wō)，渦街是(shi)反對稱(chēng)的，渦系(xi)的動量(liang)與阻力(lì)有關。因(yin)爲卡門(mén)對這一(yī)♍自然現(xian)象的👣發(fā)現及深(shēn)入研究(jiu)，人們将(jiāng)上🍉述漩(xuan)渦現象(xiang)定義爲(wei)卡門渦(wō)街。
卡門(men)渦街不(bú)都是巨(ju)大的破(po)壞力，人(ren)們利用(yong)卡門渦(wō)街的規(guī)律性，研(yan)究制造(zào)了渦街(jie)流量計(jì)。渦街流(liu)量計主(zhu)要應用(yòng)于封閉(bi)管道流(liu)量的測(ce)量，可以(yi)測✊量氣(qì)體、液體(ti)及蒸汽(qi)。渦街流(liu)量計結(jié)構緊湊(cou)、無可動(dong)部件、壓(yā)損小、量(liàng)程比寬(kuān)、精度高(gao)、安裝簡(jiǎn)易、維護(hù)量低，正(zhèng)🔆逐步取(qǔ)代傳統(tǒng)☀️的差壓(yā)式流量(liang)計和容(rong)積式儀(yí)表，成爲(wèi)市場的(de)主要流(liu)量測量(liang)儀表。
渦(wō)街流量(liang)計由傳(chuan)感器和(he)轉換器(qì)組成，傳(chuan)感器可(kě)以選擇(ze)壓電🤟應(yīng)力式、電(dian)容式、光(guang)纖式等(děng)多種傳(chuán)感器。壓(ya)電應力(lì)式渦街(jie)傳感器(qi)應用是(shì)最多的(de)，技術成(cheng)熟度、産(chǎn)品穩定(dìng)性也是(shi)高的♊。該(gai)種傳感(gan)器可在(zai)-20℃～+250℃的介質(zhi)溫度範(fan)圍内工(gong)作，可以(yǐ)輸出模(mó)拟🙇🏻量信(xin)号，也可(kě)以輸出(chū)脈沖信(xìn)号。經過(guo)渦街轉(zhuan)換器做(zuò)信号處(chù)✍️理，産品(pǐn)可以輸(shu)出标準(zhun)的4～20mA信❌号(hào)和脈沖(chòng)信号，部(bù)分廠家(jia)産品還(hái)可🔞以帶(dai)FF總線🔞或(huo)PA總線輸(shū)出，也❄️有(yǒu)帶RS485接口(kou)的産品(pǐn)。通過這(zhe)🐅些輸出(chu)信号可(ke)以和PLC或(huo)DCS系統實(shi)現數據(jù)傳輸。帶(dài)RS485接口的(de)産品還(hai)可以配(pèi)合無線(xiàn)傳輸設(shè)備，實現(xiàn)儀表數(shu)據的遠(yuan)程無線(xian)傳輸管(guǎn)理，爲👄用(yong)戶帶來(lai)極大地(di)便捷。
1渦(wo)街流量(liang)計的工(gōng)作原理(li)、渦街流(liu)量計分(fèn)類及溫(wen)壓補償(chang)渦街的(de)發展
1.1渦(wō)街流量(liàng)計原理(lǐ)
渦街流(liu)量計又(you)被稱爲(wèi)卡門渦(wo)街流量(liàng)計、漩渦(wō)流量計(jì)，是應🌈用(yong)卡門渦(wo)街原理(li)制造的(de)一種流(liú)量測量(liang)儀表。儀(yi)表測量(liàng)管👌裏安(an)裝一個(ge)發生體(ti)，當介質(zhi)流過發(fā)生體，會(hui)在發生(sheng)體後産(chǎn)👌生漩渦(wō)💯，漩渦的(de)頻率f和(he)介質的(de)流速v成(chéng)✂️正比，通(tōng)過♋對頻(pin)率的檢(jiǎn)測，達到(dào)測量流(liú)速的目(mu)的。渦街(jiē)💁流量計(ji)原理圖(tu)，如圖1所(suǒ)示。
渦街流(liu)量計計(ji)算公式(shì)如下：f=st*v/d
（f：頻(pín)率Hz；st:斯特(tè)勞哈爾(er)系數,無(wú)量綱；v:流(liú)速，單位(wei)m/s；d:漩渦發(fa)生體寬(kuān)度，單位(wèi)m）
st是是斯(si)特勞哈(hā)爾系數(shu)，是雷諾(nuo)數的函(hán)數。當雷(lei)諾數Re>2*104<7*106時(shí)，可📱認爲(wei)一💰個固(gu)定的常(chang)數。因此(cǐ)，通過檢(jiǎn)測頻率(lü)f，就♊可以(yi)檢測到(dao)流速v，流(liú)速v檢測(cè)到後，就(jiù)可以通(tong)過公式(shi)⭐計算介(jiè)質體積(jī)流量或(huo)質量流(liú)量了。
體(tǐ)積流量(liàng)計算公(gōng)式：q=v*A（q:體積(jī)流量、A管(guan)道截面(mian)積）
質量(liang)流量計(jì)算公式(shi)：Q=3600*v*A*ρ（Q：質量流(liu)量；ρ:介質(zhi)密度）
1.2渦(wo)街流量(liàng)計分類(lei)
按照與(yǔ)管道連(lian)接形式(shì)，可分爲(wèi)法蘭型(xíng)、夾持型(xing)或插入(rù)型。
按傳(chuan)感器測(ce)量原件(jiàn)種類分(fèn)熱敏式(shì)、應力式(shi)、電容式(shì)、應變式(shi)、超聲式(shi)、振動體(tǐ)式、光電(dian)式和光(guāng)纖式。
按(àn)防爆類(lei)型分非(fēi)防爆型(xing)、本安型(xing)、隔爆型(xíng)、複合防(fáng)爆型等(děng)。
目前國(guo)内外應(ying)用最多(duō)的是應(yīng)力式、管(guǎn)道連接(jie)的渦🤩街(jiē)流量🏃🏻♂️計(jì)。
1.3溫壓補(bu)償渦街(jie)流量計(ji)的發展(zhǎn)
渦街流(liú)量計原(yuán)理介紹(shao)當中渦(wō)街流量(liàng)計可以(yi)測量介(jiè)質的質(zhì)量流量(liang)，對于液(yè)體介質(zhi)或密度(dù)變化不(bu)大的介(jie)質，渦街(jie)流量計(jì)計算出(chu)的質量(liàng)流量精(jīng)度高。但(dan)是在實(shi)際使用(yòng)中，特别(bie)🐆是氣體(ti)或蒸汽(qi)的測量(liàng)，由于工(gong)況溫度(du)、壓力的(de)波動，造(zao)成介質(zhì)密度波(bō)動大，所(suǒ)以渦街(jiē)流量計(jì)測量的(de)質量流(liu)量誤差(cha)就大。由(you)此可見(jiàn)🔱，對渦街(jiē)流量計(jì)所測量(liàng)的介質(zhi)密度在(zai)線修正(zheng)很有必(bì)要。這就(jiù)要求渦(wō)街流量(liang)✌️計要集(ji)成溫度(dù)、壓力信(xin)号，在💜線(xian)進行溫(wen)度及壓(ya)🐇力的修(xiu)正，保證(zheng)質量流(liú)量輸出(chū)🔅的精度(dù)。溫度、壓(ya)力及流(liu)量集成(chéng)到1台儀(yi)表上的(de)一體化(hua)結構是(shì)最優的(de)💃🏻選擇。目(mu)前國外(wài)部分知(zhi)名廠家(jia)，國🥰内少(shao)數廠家(jia)能夠生(sheng)産一體(ti)化帶溫(wēn)度及壓(ya)力補償(cháng)的渦街(jiē)流量計(jì)。工藝管(guan)道上外(wai)配溫度(du)傳感器(qi)和壓❤️力(li)傳感器(qi)✉️，把溫度(dù)及壓力(lì)信号傳(chuan)輸到流(liú)量計算(suan)機得到(dào)的質量(liang)流㊙️量在(zài)系統精(jing)度上要(yào)低于一(yi)體化溫(wēn)🏃♀️壓補償(cháng)渦街流(liú)量計[3]。一(yi)體化溫(wen)壓補償(chang)渦街流(liu)量計是(shi)今後渦(wō)街🈚流量(liàng)計的一(yi)個發展(zhǎn)方向。一(yi)體化溫(wēn)壓補償(cháng)渦街流(liú)量計原(yuán)理圖，如(ru)圖2所示(shì)。
2渦街流(liu)量計的(de)标定、檢(jian)定方法(fǎ)
渦街流(liú)量的制(zhì)造及檢(jiǎn)定單位(wei)大部分(fèn)采用标(biāo)準表法(fǎ)進🎯行标(biao)校和檢(jiǎn)定。标準(zhǔn)表法就(jiù)是用渦(wō)輪流量(liang)計📞、質量(liàng)流量計(ji)、音速噴(pēn)嘴等作(zuò)爲标準(zhǔn)表，把被(bei)檢測的(de)儀表串(chuan)✂️聯到檢(jian)測裝置(zhi)⁉️上，通過(guò)🧑🏽🤝🧑🏻标準表(biǎo)來标校(xiao)、檢定被(bei)測量儀(yi)表，通過(guò)比較被(bèi)測儀表(biao)與标準(zhǔn)表的讀(dú)數，求得(dé)被測量(liang)儀表的(de)偏差，然(rán)後進行(háng)調校[4]。
2.1标(biao)準表法(fǎ)标校裝(zhuāng)置的優(yōu)點
1)标準(zhǔn)表法裝(zhuang)置體積(ji)小、重量(liàng)輕、構造(zao)簡單、操(cāo)作方便(bian)、制造⭐及(ji)維護成(chéng)本低。
2)标(biāo)準表法(fǎ)裝置可(ke)以用來(lái)标校液(yè)體或氣(qi)體介質(zhì)的流量(liàng)。
3)标準表(biao)的流量(liang)計與被(bei)檢流量(liàng)計串聯(lián)安裝于(yu)同一個(gè)測量系(xi)😍統中，标(biao)準表和(he)被測量(liàng)儀表間(jian)距離小(xiǎo)、時間誤(wù)差可🏃🏻以(yi)忽略。
4)标(biāo)準表選(xuan)擇種類(lei)很多，可(kě)以選擇(ze)電磁流(liu)量計、超(chao)聲波流(liú)量計、渦(wo)輪流量(liàng)計、質量(liàng)流量計(jì)等，選擇(zé)空間大(da)。
2.2标準表(biao)法标校(xiào)裝置的(de)缺點
1)标(biao)準表需(xu)要嚴格(gé)按照計(ji)量部門(mén)要求定(ding)期做檢(jiǎn)查🈲，隻有(yǒu)🔴合格了(le)才能夠(gou)用于檢(jiǎn)測；企業(yè)自身也(ye)要不定(ding)期進行(hang)自檢，保(bao)證标準(zhǔn)表💜及裝(zhuāng)置使用(yòng)過程中(zhong)的性能(neng)。
2)标準表(biǎo)法标校(xiao)裝置在(zai)标校儀(yi)表的過(guo)程中要(yào)對标校(xiao)♻️介💰質🏃🏻進(jin)行✊溫度(dù)及壓力(lì)修正，保(bǎo)證标校(xiao)精度。
3)标(biāo)準表法(fa)裝置系(xi)統精度(du)受标準(zhǔn)表精度(dù)的影響(xiang)大。
3影響(xiang)渦街流(liú)量計使(shǐ)用精度(du)的因素(su)
渦街流(liú)量計自(zi)身傳感(gan)器及轉(zhuǎn)換器性(xìng)能決定(ding)了這款(kuǎn)✊産品🔴的(de)👈性能，然(ran)而儀表(biao)安裝使(shi)用因素(sù)也會影(ying)響儀表(biǎo)的性能(neng)，爲保證(zhèng)✨渦街流(liu)量計精(jing)度，安裝(zhuang)使用有(yǒu)如下要(yào)求。
1)渦街(jie)流量計(jì)建議安(an)裝到水(shui)平或垂(chui)直管道(dào)，并保證(zheng)管道🤟充(chōng)🤩滿介🏃質(zhì)。
2)渦街流(liú)量計對(duì)前後直(zhi)管段要(yao)求較高(gao)，一般要(yao)求大☂️于(yú)前20D，後5D（D管(guǎn)道口徑(jing)）。
3)渦街流(liu)量計盡(jìn)量避免(mian)安裝在(zai)有強烈(lie)震動的(de)地方☀️，盡(jin)量🛀🏻遠離(lí)泵與閥(fa)門，必要(yao)時做适(shì)當的管(guǎn)道支撐(chēng)。
4)渦街流(liu)量計安(ān)裝位置(zhì)要遠離(li)強磁場(chang)或強電(diàn)場的幹(gan)🐕擾。
5)保證(zheng)渦街流(liu)量計漩(xuán)渦發生(sheng)體處于(yu)迎流面(miàn)。
6)渦街流(liú)量計轉(zhuan)換器使(shǐ)用環境(jing)溫度一(yi)般爲-40℃～85℃，根(gēn)據實☀️際(ji)情況配(pei)保溫箱(xiāng)或遮陽(yáng)罩。
渦街(jiē)流量計(jì)安裝示(shì)意圖[3]，如(ru)圖3所示(shì)
直管(guan)段要求(qiu)
圖3渦(wō)街流量(liang)計安裝(zhuāng)示意
①一(yī)般入口(kou)直管段(duàn)無幹擾(rǎo)情況下(xià)≥20DN
②調節閥(fá)後≥50DN
③縮管(guǎn)後≥20DN
④90℃彎頭(tóu)後≥20DN
⑤兩個(gè)90℃彎頭後(hou)≥30DN
⑥兩個三(san)維90℃彎頭(tou)後≥40DN
4渦街(jie)流量計(ji)的客戶(hu)化調校(xiao)
由于渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)原理、傳(chuán)感器類(lèi)型、标定(dìng)裝置、
安(an)裝使用(yong)等原因(yīn)，渦街流(liu)量計在(zai)出廠到(dào)達用戶(hù)現場或(huò)🌍計量站(zhàn)時，出廠(chang)的标校(xiao)精度可(kě)能會與(yu)用戶現(xian)場标準(zhun)表或計(ji)量檢定(dìng)結果發(fa)生産生(sheng)偏差，這(zhè)時就要(yào)對儀表(biao)系數✊進(jin)行現場(chǎng)調整，以(yǐ)滿足用(yòng)戶或計(ji)量🧑🏾🤝🧑🏼機構(gòu)的檢定(dìng)要求。客(ke)戶化調(diào)校有如(rú)下2種情(qíng)況：
1）儀表(biao)整體的(de)正偏差(chà)或負偏(piān)差。如果(guo)儀表出(chu)現整體(tǐ)正偏差(chà)或負偏(piān)差，隻要(yao)調整儀(yí)表系數(shu)就可以(yi)了。公式(shì)如下：
Knew＝Kold×(Q儀(yi)表顯示(shì)流量)/(Q标(biāo)準流量(liàng))
2）儀表非(fēi)線性超(chao)差。非線(xiàn)性超差(chà)是指一(yi)台渦街(jiē)流量🧑🏽🤝🧑🏻計(jì)在不同(tong)流速下(xia)的誤差(cha)有正有(yǒu)負，并且(qie)達不到(dào)精🐉度要(yao)🏃求。出現(xian)此問題(ti)的主要(yào)原因可(ke)能是儀(yí)表口徑(jìng)與檢定(ding)時的管(guǎn)段口徑(jìng)有差異(yi)，或是檢(jiǎn)定時的(de)雷諾數(shù)和廠家(jiā)标定時(shí)的雷諾(nuò)數有很(hěn)大差異(yi)造成的(de)。
目前渦(wo)街流量(liàng)計生産(chǎn)廠家可(kě)以根據(jù)用戶需(xū)求提❄️供(gòng)歐标、美(měi)🈲标或是(shi)日标法(fa)蘭連接(jie)法蘭儀(yi)表。同樣(yang)法蘭标(biao)準，相同(tóng)口徑、相(xiàng)同壓🔴力(li)等級，不(bu)同品牌(pai)的渦街(jiē)流量計(jì)産品法(fa)🐇蘭内孔(kǒng)🌈尺寸是(shì)有差别(bié)的。儀表(biǎo)内孔和(hé)連接管(guan)道内孔(kǒng)有微小(xiao)的差别(bié)，可以引(yǐn)起儀表(biao)非線性(xìng)誤差，這(zhè)種情況(kuàng)是最多(duō)的。
造成(chéng)廠家标(biao)定時的(de)雷諾數(shù)和檢定(dìng)時的雷(lei)諾數不(bu)同的主(zhu)要原因(yin)是：大多(duo)數渦街(jiē)流量計(ji)的制造(zao)廠都是(shì)用水作(zuò)爲标校(xiao)介質來(lai)進行标(biao)定。渦街(jiē)流量計(jì)的🏃🏻原理(lǐ)告訴人(rén)們📱無論(lùn)介質是(shi)什🏒麽，對(dui)同一台(tai)儀表來(lai)說，在單(dān)位工況(kuang)流量體(ti)積下産(chan)生的脈(mo)沖數是(shi)一個🏒常(cháng)數，即儀(yi)表❌系數(shu)K。因爲渦(wo)街流量(liang)計的這(zhè)個優點(diǎn)，用水标(biao)定的渦(wo)街流量(liang)計可以(yǐ)用于測(cè)量氣體(ti)或蒸汽(qì)，但這個(ge)應用前(qián)提是要(yào)雷諾數(shu)大于20000才(cái)能保證(zhèng)精度。有(yǒu)些時候(hòu)，儀表在(zai)用戶現(xiàn)場或計(ji)量站檢(jiǎn)定時，雷(lei)諾🚶數小(xiǎo)于20000，導緻(zhi)儀表不(bú)滿足精(jing)度要求(qiú)。這種情(qing)況産生(sheng)的非線(xiàn)性誤差(chà)較小，但(dàn)也偶見(jiàn)。
上述2種(zhong)情況不(bu)可避免(miǎn)，儀表制(zhi)造廠不(bú)能因爲(wei)自己🙇♀️儀(yi)表内徑(jìng)原因，要(yao)求用戶(hù)改管道(dao)或因爲(wei)雷諾數(shù)低就要(yao)♈求用戶(hu)更換儀(yi)🐪表，可㊙️以(yi)采用多(duo)點非線(xian)性修正(zhèng)，達到滿(mǎn)足用戶(hu)使用的(de)要求。這(zhe)裏介紹(shào)一種有(yǒu)效的方(fāng)法，實現(xiàn)這一目(mu)的。具體(ti)說就是(shì)把測量(liàng)範圍分(fen)段，取一(yi)個儀表(biǎo)常數，讓(ràng)每段測(ce)量範圍(wei)都符合(hé)精度要(yào)⚽求，這種(zhǒng)方法實(shi)現的過(guò)程要考(kǎo)慮雷諾(nuò)數的影(ying)響。下👣面(miàn)是計算(suan)模型[3]。
通(tong)過上述(shu)6步計算(suàn)，可實現(xian)儀表的(de)非線性(xing)修正。利(li)用上述(shù)計算結(jie)果，通過(guò)Hart手操器(qì)或儀表(biao)按鍵，把(ba)修正參(cān)數輸入(rù)儀表轉(zhuǎn)換器，轉(zhuan)換🈲器就(jiu)可以将(jiāng)原本非(fēi)線性的(de)曲線重(zhong)新線性(xing)化，達到(dào)校正目(mù)的。轉換(huàn)器該功(gōng)能的實(shí)現要通(tong)過前期(qī)轉換器(qi)軟件設(shè)計實現(xiàn)。這樣通(tōng)過線性(xìng)及非線(xiàn)性修正(zhèng)，就可實(shi)現客戶(hù)化的調(diao)校，滿足(zu)用戶需(xu)求。
5結束(shu)語
渦街(jie)流量計(jì)是一款(kuan)好産品(pǐn)，國外的(de)設計規(guī)範已經(jīng)把渦💔街(jiē)流量計(jì)放到了(le)差壓式(shì)流量儀(yi)表選型(xing)之前，作(zuò)爲小管(guan)♋徑（<DN300）、氣體(tǐ)、液體、蒸(zhēng)汽流量(liàng)測量的(de)首選。随(sui)着國内(nei)合資産(chǎn)品、民族(zú)品🧑🏾🤝🧑🏼牌産(chǎn)品的性(xing)能完善(shàn)與提高(gao)，渦街流(liú)量🈲計在(zai)中國市(shi)場會有(you)大的發(fa)展。
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