渦街流量計(jì)的應(yīng)用

渦街流量計(jì)作為一種新型儀表，在流量測(cè)量中應(yīng)用廣泛，但在安裝中存在不少的問題，本文就安裝中應(yīng)注意的幾個(gè)問題進(jìn)行闡述，以便更好地安裝渦街流量計(jì)。同時(shí)，渦街流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差。本文也對(duì)其在流量測(cè)量中的誤差產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，提出處理方法，以提高其測(cè)量精度。 

1 渦街流量計(jì)的安裝 

了解清楚儀表的結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境、安裝要求等，嚴(yán)格按照安裝手冊(cè)的要求進(jìn)行安裝。在已投產(chǎn)的設(shè)備上安裝時(shí)還應(yīng)注意安全措施是否完備，特別是涉及高溫、高壓介質(zhì)的。 

1.1 安裝前一般要求 

1）盡可能裝在振動(dòng)和沖擊小的場(chǎng)所，如測(cè)量到管路中有振動(dòng)，則應(yīng)采取加固管道等減振措施。2）若流量計(jì)受到生產(chǎn)設(shè)備的熱輻射較強(qiáng)，則應(yīng)采取隔熱和通風(fēng)措施。3）流量計(jì)安裝地點(diǎn)周圍應(yīng)有充裕的空間，以便安裝和維護(hù)。4）流量計(jì)可垂直、水平或傾斜安裝。測(cè)量液體時(shí)，測(cè)量點(diǎn)必須充滿液體，垂直安裝時(shí)，液體流向必須自下而上。5）一般情況下，把流量計(jì)安裝在閥門的下游。6）應(yīng)保證流量計(jì)前后有足夠長(zhǎng)度的直管段。

 
圖1 渦街流量計(jì)對(duì)上、下游直管段長(zhǎng)度的要求

1.2 儀表安裝中應(yīng)注意的問題 

1）儀表安裝時(shí)一定要注意，不能搞錯(cuò)方向，要按照儀表隨機(jī)資料的要求來確定安裝方向。2）原則上儀表要豎直向上安裝在水平管路上。如果確實(shí)因管路布置和安裝空間的限制，不能豎直向上安裝，則部分儀表也可水平安裝。3）儀表的上游與下游要有足夠長(zhǎng)的直管段。一般地，儀表的上游與下游直管段長(zhǎng)度要求如圖1所示。如果不能滿足要求，則可能使測(cè)量精度降低甚至儀表根本無法工作。4）某些情況下，需要對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。5）對(duì)某些液體介質(zhì)通過儀表時(shí)由于壓力降低造成的汽化現(xiàn)象要予以充分的注意。6）傳感器與管道的連接如圖2所示。在與管道連接時(shí)要注意以下問題：a.上、下游配管內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D'相同，其差異滿足下述條件：0.95D≤D'≤1.1D。b.配管應(yīng)與傳感器同心，同軸度應(yīng)小于0.05D'。c.為防止泄漏，安裝儀表時(shí)要使用密封墊。d.管道安裝法蘭時(shí)的焊渣一定要清除干凈，必須保證儀表兩側(cè)管道內(nèi)部光潔流暢。e.如需斷流檢查與清洗傳感器，應(yīng)設(shè)置旁通管道如圖3所示。7）減小振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)的影響。8）成套安裝，包括前后直管段，流動(dòng)調(diào)整器等是保證獲得高度測(cè)量的一個(gè)措施。9）電氣安裝應(yīng)注意傳感器與轉(zhuǎn)換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應(yīng)超過使用說明書的規(guī)定。

2 渦街流量計(jì)的工作原理 

渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí)，渦街流量變送器中設(shè)置有旋渦發(fā)生體（阻流體），在流體從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：

其中，U1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)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(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比：m=1-。 

管道內(nèi)體積流量qv為：

其中，K為流量計(jì)的儀表系數(shù)。 

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。如圖4所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖4可見，在ReD=2×10⁴～7×10⁶范圍內(nèi)，Sr為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測(cè)量氣體流量時(shí)，渦街流量計(jì)的流量計(jì)算式為：

其中，qn，qv分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0℃或20℃，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；pn，p分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的壓力，Pa；Tn，T分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；Zn，Z分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

 
圖4 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線

可見，儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。由式（2）和式（4）可知，通過測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過渦街流量計(jì)的流量。 

3 渦街流量計(jì)誤差生成的原因及處理 

3.1 雷諾數(shù)的影響 

1）雷諾數(shù)的影響。由渦街流量計(jì)的工作原理及圖4的斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線我們可以知道，在雷諾數(shù)為2×10⁴～7×10⁶范圍內(nèi)，是儀表正常工作范圍。在雷諾數(shù)為5×10³～2×10⁴范圍雖然也在儀表的工作范圍內(nèi)，但因?yàn)樗固貏诠枖?shù)增大，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，流量系數(shù)需經(jīng)校正后才能保證流量測(cè)量度。 

2）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(jì)本身無校正能力的測(cè)量系統(tǒng)。另一種是在渦街流量傳感器（變送器）中實(shí)現(xiàn)，適用于渦街流量計(jì)本身有校正能力的測(cè)量系統(tǒng)。 

3.2 流體溫度變化的影響 

1）流體溫度變化的影響。由渦街流量計(jì)的工作原理和式（3）我們可以看出，渦街流量計(jì)流量系數(shù)K受流體溫度的影響由兩部分組成：a.由發(fā)生體寬度d變化引起；b.由管道內(nèi)徑D變化引起。 
                                             渦街流量計(jì)的應(yīng)用
從式（1）中可以看出，f與d成反比，K與D²成反比，由于實(shí)際中使用的流體溫度與設(shè)計(jì)時(shí)的流體溫度有較大的差異，由此引入的誤差是可觀的。2）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(shí)際溫度重新計(jì)算流量系數(shù)。 

3.3 發(fā)生體迎流面堆積的影響 

1）發(fā)生體迎流面堆積產(chǎn)生的影響。在被測(cè)流體中如果存在著粘性顆粒或夾雜較多的纖維狀物質(zhì)，則會(huì)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(yīng)變化，產(chǎn)生誤差。 

2）發(fā)生體迎流面堆積的處理。發(fā)生體迎流面堆積產(chǎn)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。 

3.4 發(fā)生體銳緣磨損的影響 

1）發(fā)生體銳緣磨損產(chǎn)生的影響。渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體的迎流面如果被測(cè)流體中含有固形物，則銳緣很容易被磨損而變成圓弧，會(huì)引起流量系數(shù)K的變化。2）發(fā)生體銳緣磨損的處理。發(fā)生體銳緣磨損后應(yīng)對(duì)儀表的流量系數(shù)重新標(biāo)定，當(dāng)磨損嚴(yán)重，流量系數(shù)變化太大時(shí)，應(yīng)考慮更換發(fā)生體（選擇耐磨性能優(yōu)良的材質(zhì)制造發(fā)生體，是根本的、積極的辦法）。 

3.5 管道內(nèi)徑引入的誤差 

1）管道內(nèi)徑引入的誤差分析。正常情況與渦街流量計(jì)連接的管道，其內(nèi)徑與它測(cè)量管內(nèi)徑并不*一致。當(dāng)管道內(nèi)徑等于或略大于渦街流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)徑時(shí)，流量系數(shù)正常。反之，由于流體流過截面積突變的管段時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次流，因此流量示值會(huì)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，產(chǎn)生誤差。 

2）管道內(nèi)徑引入的誤差的修正。當(dāng)管道內(nèi)徑小于測(cè)量管內(nèi)徑（3%）時(shí)，因流通截面積突變引起流速變化可能產(chǎn)生附加測(cè)量誤差。這時(shí)，可通過修正流量系數(shù)K'來補(bǔ)償，K'=FD×K=K×(D2/D1)²，其修正系數(shù)FD的表達(dá)式為：FD=(D2/D1)²。其中，D1為測(cè)量管實(shí)際內(nèi)徑；D2為管道實(shí)際內(nèi)徑. 

4 結(jié)語 

渦街流量計(jì)的安裝不當(dāng)會(huì)造成無輸出信號(hào)、偽輸出、間斷或不穩(wěn)定輸出、不準(zhǔn)確或非線性輸出、非重復(fù)輸出等多方面的問題。但是，只要我們認(rèn)真注意儀表安裝中的注意事項(xiàng)，就一定能夠高質(zhì)量地完成渦街流量計(jì)的安裝工作。由于渦街流量計(jì)種類繁多，各種渦街流量計(jì)在流量測(cè)量中的誤差也不盡相同。只要我們?cè)趯?shí)際工作中深入現(xiàn)場(chǎng)，仔細(xì)觀察，仔細(xì)分析，就可以發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行針對(duì)性的處理，從而確保流量的正確測(cè)量。 
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