智能(neng)渦街流(liu)量計工(gong)作原理(li)與結構(gou)
1. 工作原(yuan)理
　　智能(neng)渦街流(liu)量計是(shi)在流體(ti)中設置(zhi)旋渦發(fa)生體（阻(zu)流體），從(cong)旋渦發(fa)生體兩(liang)側交替(ti)地産生(sheng)有規則(ze)的旋渦(wo)，這種旋(xuan)渦稱爲(wei)♌卡曼渦(wo)街，如圖(tu)1所示。旋(xuan)渦列在(zai)旋渦發(fa)生體下(xia)遊非對(dui)稱地排(pai)列。設旋(xuan)渦的發(fa)生頻率(lü)爲f，被♈測(ce)介質來(lai)流的平(ping)均速度(du)爲U，旋渦(wo)發生體(ti)迎面寬(kuan)度爲☀️d，表(biao)體通徑(jing)爲D，根據(ju)卡曼渦(wo)街原理(li)，有如下(xia)關系式(shi)
f=SrU1/d=SrU/md （1）
式中U1--旋(xuan)渦發生(sheng)體兩側(ce)平均流(liu)速，m/s；
Sr--斯特(te)勞哈爾(er)數；
m--旋渦(wo)發生體(ti)兩側弓(gong)形面積(ji)與管道(dao)橫截面(mian)面積之(zhi)比

管道(dao)内體積(ji)流量qv爲(wei)
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)
式中 K--流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數，脈沖(chong)數/m3（P/m3）。
　　K除與(yu)旋渦發(fa)生體、管(guan)道的幾(ji)何尺寸(cun)有關外(wai)，還與斯(si)特勞哈(ha)爾🏃🏻數有(you)關。斯特(te)勞哈爾(er)數爲無(wu)量綱參(can)數，它與(yu)旋㊙️渦發(fa)生體形(xing)狀💋及雷(lei)諾數有(you)關，圖2所(suo)示爲圓(yuan)柱狀旋(xuan)渦發生(sheng)體的斯(si)特勞哈(ha)爾數與(yu)管道雷(lei)諾數的(de)關系圖(tu)。由圖可(ke)見，在ReD=2×104～7×106範(fan)圍内，Sr可(ke)視爲常(chang)數，這是(shi)儀表🔅正(zheng)常工作(zuo)範圍。當(dang)測量氣(qi)體流量(liang)時，VSF的㊙️流(liu)量計算(suan)式爲

　　圖(tu)2 斯特勞(lao)哈爾數(shu)與雷諾(nuo)數關系(xi)曲線式(shi)中 qVn，qV--分别(bie)爲标準(zhun)狀态下(xia)（0oC或20oC，101.325kPa）和工(gong)況下的(de)體積流(liu)量，m3/h；
Pn，P--分别(bie)爲标準(zhun)狀态下(xia)和工況(kuang)下的絕(jue)對壓力(li)，Pa；
Tn，T--分别爲(wei)标準狀(zhuang)态下和(he)工況下(xia)的熱力(li)學溫度(du)，K；
Zn，Z--分别爲(wei)标準狀(zhuang)态下和(he)工況下(xia)氣體壓(ya)縮系數(shu)。
　　由上式(shi)可見，VSF輸(shu)出的脈(mo)沖頻率(lü)信号不(bu)受流體(ti)物性🔴和(he)組分變(bian)化的影(ying)響，即儀(yi)表系數(shu)在一定(ding)雷諾數(shu)範圍内(nei)僅與旋(xuan)渦發生(sheng)體及管(guan)道的形(xing)狀尺寸(cun)等有關(guan)。但是作(zuo)爲流量(liang)計在物(wu)㊙️料平衡(heng)及能源(yuan)計量中(zhong)需檢測(ce)質量流(liu)量，這時(shi)流量計(ji)的輸出(chu)信号應(ying)同時監(jian)測👅體積(ji)流量和(he)流體密(mi)度，流體(ti)物性和(he)組分對(dui)流量計(ji)🌏量還是(shi)有直接(jie)🏃🏻‍♂️影響的(de)。
2. 結構
　　VSF由(you)傳感器(qi)和轉換(huan)器兩部(bu)分組成(cheng)，如圖3所(suo)示。傳感(gan)器包括(kuo)旋渦發(fa)🐇生體（阻(zu)流體）、檢(jian)測元件(jian)、儀表表(biao)體等；轉(zhuan)換器包(bao)括前置(zhi)放大器(qi)、濾波整(zheng)形電路(lu)、D／A轉換電(dian)路、輸出(chu)接口電(dian)路、端✊子(zi)、支架和(he)防護罩(zhao)等。近年(nian)來智能(neng)式🔴流量(liang)計還把(ba)微處理(li)✏️器、顯示(shi)通訊及(ji)其他功(gong)能模塊(kuai)亦裝在(zai)轉換器(qi)内。

圖(tu)3 渦街流(liu)量計
（1）旋(xuan)渦發生(sheng)體
　　旋渦(wo)發生體(ti)是檢測(ce)器的主(zhu)要部件(jian)，它與儀(yi)表的流(liu)♈量特性(xing)（儀表系(xi)數、線性(xing)度、範圍(wei)度等）和(he)阻力特(te)性（壓力(li)損失）密(mi)切相✂️關(guan)，對它的(de)要求如(ru)下。
1） 能控(kong)制旋渦(wo)在旋渦(wo)發生體(ti)軸線方(fang)向上同(tong)步分離(li)；
2） 在較寬(kuan)的雷諾(nuo)數範圍(wei)内，有穩(wen)定的旋(xuan)渦分離(li)點，保持(chi)恒🚩定的(de)斯特勞(lao)哈爾數(shu)；
3） 能産生(sheng)強烈的(de)渦街，信(xin)号的信(xin)噪比高(gao)；
4） 形狀和(he)結構簡(jian)單，便于(yu)加工和(he)幾何參(can)數标準(zhun)化，以及(ji)各種檢(jian)測元件(jian)的安裝(zhuang)和組合(he)；
5） 材質應(ying)滿足流(liu)體性質(zhi)的要求(qiu)，耐腐蝕(shi)，耐磨蝕(shi)，耐溫度(du)變化🧑🏾‍🤝‍🧑🏼；
6） 固(gu)有頻率(lü)在渦街(jie)信号的(de)頻帶外(wai)。
　　已經開(kai)發出形(xing)狀繁多(duo)的旋渦(wo)發生體(ti)，它可分(fen)爲單🐇旋(xuan)渦發🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生(sheng)☂️體☂️和多(duo)旋渦發(fa)生體兩(liang)類，如圖(tu)4所示。單(dan)旋渦發(fa)生體的(de)基本形(xing)有圓柱(zhu)、矩形柱(zhu)和三角(jiao)柱，其他(ta)形狀皆(jie)爲這些(xie)基本形(xing)🤩的變形(xing)。三角柱(zhu)形旋渦(wo)發生體(ti)是應用(yong)最廣泛(fan)的一種(zhong)，如圖5所(suo)示。圖中(zhong)D爲儀表(biao)口🈲徑。爲(wei)提高渦(wo)街強度(du)和穩定(ding)性，可采(cai)用多旋(xuan)渦發生(sheng)體，不過(guo)它的應(ying)用并不(bu)普遍。

⑵智(zhi)能渦街(jie)流量計(ji)檢測元(yuan)件
流量(liang)計檢測(ce)旋渦信(xin)号有5種(zhong)方式。
1） 用(yong)設置在(zai)旋渦發(fa)生體内(nei)的檢測(ce)元件直(zhi)接檢測(ce)發🤩生體(ti)兩側差(cha)壓；
2） 旋渦(wo)發生體(ti)上開設(she)導壓孔(kong)，在導壓(ya)孔中安(an)裝檢測(ce)元🎯件檢(jian)✏️測發生(sheng)體兩側(ce)差壓；
3） 檢(jian)測旋渦(wo)發生體(ti)周圍交(jiao)變環流(liu)；
4） 檢測旋(xuan)渦發生(sheng)體背面(mian)交變差(cha)壓；
5） 檢測(ce)尾流中(zhong)旋渦列(lie)。
　　根據這(zhe)5種檢測(ce)方式，采(cai)用不同(tong)的檢測(ce)技術（熱(re)敏、超聲(sheng)、應力、應(ying)變、電容(rong)、電磁、光(guang)電、光纖(xian)等）可以(yi)構成不(bu)同♍類型(xing)的VSF，如表(biao)1所示。 表(biao)1 旋渦發(fa)生體和(he)檢測方(fang)式一覽(lan)表

⑶ 轉換(huan)器
　　檢測(ce)元件把(ba)渦街信(xin)号轉換(huan)成電信(xin)号，該信(xin)号既微(wei)弱又🛀含(han)有不同(tong)成分的(de)噪聲，必(bi)須進行(hang)放大、濾(lü)波、整形(xing)等處理(li)才能得(de)出與流(liu)量成比(bi)例的脈(mo)沖信号(hao)。
轉換器(qi)原理框(kuang)圖如圖(tu)6所示。

圖(tu)6 轉換器(qi)原理框(kuang)圖⑷ 儀表(biao)表體
儀(yi)表表體(ti)可分爲(wei)夾持型(xing)和法蘭(lan)型，如圖(tu)7所示。
　　智(zhi)能渦街(jie)流量計(ji)主要存(cun)在的問(wen)題 主要(yao)有：①指示(shi)長期不(bu)準；②始終(zhong)無指示(shi)；③指示大(da)範圍波(bo)動，無法(fa)讀數；④指(zhi)示不回(hui)零；⑤小流(liu)量時無(wu)指示；⑧大(da)流量時(shi)指示還(hai)可以，小(xiao)流量㊙️時(shi)指示不(bu)準；⑦流量(liang)變化☔時(shi)指示變(bian)化跟不(bu)上🌍；⑧儀表(biao)K系數無(wu)法确定(ding)，多處資(zi)料均不(bu)一緻❤️。
分(fen)析及解(jie)決方法(fa)
總結引(yin)起這些(xie)問題的(de)主要原(yuan)因，主要(yao)涉及到(dao)以下方(fang)面：
1、選型(xing)方面的(de)問題。有(you)些渦街(jie)傳感器(qi)在口徑(jing)選型上(shang)或者在(zai)設計選(xuan)型之後(hou)由于工(gong)藝條件(jian)變動，使(shi)得選擇(ze)大了―個(ge)🚶規格，實(shi)際選型(xing)⭐應選擇(ze)盡可能(neng)小的口(kou)徑，以提(ti)高測量(liang)精♉度，這(zhe)方面的(de)原👅因主(zhu)要同問(wen)題①、③、⑥有關(guan)。比如，一(yi)條渦街(jie)管線設(she)計上供(gong)幾個設(she)備使用(yong)，由于🔴工(gong)藝部分(fen)設備有(you)時候不(bu)使用，造(zao)成目🔴前(qian)實際使(shi)用🔴流量(liang)減小，實(shi)際使用(yong)造成原(yuan)設計選(xuan)型口徑(jing)過大，相(xiang)當于提(ti)高了可(ke)測的流(liu)量下限(xian)，工藝🏃🏻‍♂️管(guan)道小流(liu)量時指(zhi)📧示無法(fa)保證，流(liu)量🐅大時(shi)還可以(yi)使用，因(yin)爲如果(guo)要重新(xin)改造有(you)時候難(nan)度太大(da)．工✔️藝條(tiao)件的變(bian)動隻是(shi)臨時的(de)。可結合(he)參數的(de)重新整(zheng)定以提(ti)高💃🏻指示(shi)正确率(lü)。
2、安裝方(fang)面的問(wen)題。主要(yao)是傳感(gan)器前面(mian)的直管(guan)段長度(du)不夠，影(ying)響測量(liang)精度，這(zhe)方面的(de)原因主(zhu)要同問(wen)題①有關(guan)。比如：傳(chuan)感器前(qian)面直管(guan)段明顯(xian)不足，由(you)于FIC203不用(yong)于計量(liang)🤩，僅僅用(yong)于控制(zhi)，故目前(qian)的精度(du)可以使(shi)用相當(dang)于降級(ji)使用。
3、參(can)數整定(ding)方向的(de)原因。由(you)于參數(shu)錯誤，導(dao)緻儀表(biao)指示有(you)誤👉．參💜數(shu)錯誤使(shi)得二次(ci)儀表滿(man)度頻率(lü)計算錯(cuo)誤，這💔方(fang)面的原(yuan)因主要(yao)同問題(ti)①、③有關。滿(man)度頻率(lü)相差不(bu)多的⭕使(shi)得指示(shi)長期不(bu)準，實際(ji)滿度頻(pin)率大幹(gan)計算的(de)滿度頻(pin)率的使(shi)得指示(shi)大範圍(wei)波動，無(wu)法讀數(shu)💃🏻，而資料(liao)上參數(shu)的不一(yi)緻性又(you)影響了(le)🚶‍♀️參數的(de)最終确(que)定，最終(zhong)通過重(zhong)新标定(ding)結合相(xiang)互比較(jiao)确定了(le)參數，解(jie)決了這(zhe)一問題(ti)。
4、二次儀(yi)表故障(zhang)。這部分(fen)故障較(jiao)多，包括(kuo)：一次儀(yi)表電路(lu)闆有斷(duan)線之處(chu)，量程設(she)定有個(ge)别位顯(xian)示壞，K系(xi)數設定(ding)有個别(bie)位顯示(shi)壞，使得(de)無法确(que)定量程(cheng)設定以(yi)🍓及K系數(shu)設定，這(zhe)部分原(yuan)因主要(yao)向問題(ti)①、②有關。通(tong)過修複(fu)相應的(de)故障，問(wen)題得以(yi)解決。
5、四(si)路線路(lu)連接問(wen)題。部分(fen)回路表(biao)面上看(kan)線路連(lian)接🐆很🚶好(hao)，仔細檢(jian)查，有的(de)接頭實(shi)際已松(song)動造成(cheng)回路中(zhong)斷，有的(de)接頭雖(sui)連接💜很(hen)緊🌈但由(you)于副線(xian)問題緊(jin)固螺釘(ding)卻緊☔固(gu)在了📐線(xian)皮上✂️，也(ye)使得回(hui)路中斷(duan)，這部分(fen)原因主(zhu)要同🐕問(wen)題②有關(guan)。
6、二次儀(yi)表與後(hou)續儀表(biao)的連接(jie)問題。由(you)于後續(xu)儀表的(de)問題或(huo)者💔由于(yu)後續儀(yi)表的檢(jian)修，使得(de)二次儀(yi)表的mA輸(shu)🏒出回🏃‍♂️路(lu)中斷，對(dui)于這類(lei)型的二(er)次儀表(biao)來說，這(zhe)部分原(yuan)因主要(yao)同問題(ti)②有關。尤(you)其是對(dui)于後續(xu)的記㊙️錄(lu)儀，在記(ji)錄儀長(zhang)期損壞(huai)無法修(xiu)複的情(qing)況下，一(yi)定要注(zhu)意短接(jie)二次儀(yi)表的🤩輸(shu)出。
7、由于(yu)二次儀(yi)表平軸(zhou)電纜故(gu)障造成(cheng)回路始(shi)終無指(zhi)示⛷️。由于(yu)長期運(yun)行，再加(jia)上受到(dao)灰塵的(de)影響，造(zao)成平軸(zhou)電纜故(gu)🔞障，通過(guo)清洗或(huo)者更換(huan)平軸電(dian)線，問題(ti)得以解(jie)決✔️。
8、對于(yu)問題⑦主(zhu)要是由(you)于二次(ci)儀表顯(xian)示表頭(tou)線圈固(gu)定‼️螺絲(si)松，造成(cheng)表頭下(xia)沉，指針(zhen)與表殼(ke)摩擦大(da)，動作不(bu)靈，通過(guo)調整表(biao)頭并重(zhong)新固定(ding)，問題相(xiang)應解決(jue)。
9、使用環(huan)境問題(ti)。尤其是(shi)安裝在(zai)地井中(zhong)的傳感(gan)器部分(fen)，由👉于環(huan)境濕度(du)大，造成(cheng)線路闆(pan)受潮，這(zhe)部分原(yuan)因主要(yao)同問題(ti)①、②有關。通(tong)過相應(ying)的技改(gai)措施，對(dui)部分環(huan)🐇境濕度(du)大的傳(chuan)感器重(zhong)🛀新作了(le)把探頭(tou)🏃‍♀️部分與(yu)轉換✔️部(bu)分分離(li)處理，改(gai)用了分(fen)離型傳(chuan)感器，故(gu)💘善了工(gong)作環境(jing)，日前這(zhe)部分儀(yi)表運行(hang)良好。
10、由(you)于現場(chang)調校不(bu)好，或者(zhe)由于調(diao)校之後(hou)的實際(ji)情況♊的(de)再變♋動(dong)。由于現(xian)場振動(dong)噪聲平(ping)衡調整(zheng)以及靈(ling)敏度調(diao)整✔️不好(hao)．或者由(you)于🔴調整(zheng)之後運(yun)行一段(duan)時間之(zhi)後現場(chang)情況的(de)再變動(dong)，造成指(zhi)示問題(ti)、這部分(fen)原因主(zhu)要同問(wen)題④、⑤有關(guan)。使用示(shi)波器，加(jia)上結合(he)工藝運(yun)行情況(kuang)，重新調(diao)整。

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