涡街流量计原理及概述
在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速（流量）有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。目前流体振动流量计有三类：涡街流量计、旋进（旋涡进动）流量计和射流流量计。流体振动流量计具有以下一些特点：1）输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际体积流量成正比，它不受流体组分、密度、压力、温度的影响；
2）测量范围宽，一般范围度可达10：1以上；
3）精确度为中上水平；
4）无可动部件，可靠性高；
5）结构简单牢固，安装方便，维护费较低；
6）应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸气。
本文仅介绍涡街流量汁（以下简称VSF或流量计）。
VSF是在流体中安放一根（或多根）非流线型阻流体（bluff body），流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡，在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率就可以推算出流体的流量。
早在1878年斯特劳哈尔（Strouhal）就发表了关于流体振动频率与流速关系的文章，斯特劳哈尔数就是表示旋涡频率与阻流体特征尺寸，流速关系的相似准则。人们早期对涡街的研究主要是防灾的目的，如锅炉及换热器钢管固有频率与流体涡街频率合拍将产生共振而破坏设备。涡街流体振动现象用于测量研究始于20世纪50年代，如风速计和船速计等。60年代末开始研制封闭管道流量计--涡街流量计，诞生了热丝检测法及热敏检测法VSF。70、80年代涡街流量计发展异常迅速，开发出众多类型阻流体及检测法的涡街流量计，并大量生产投放市场，像这样在短短几年时间内就达到从实验室样机到批量生产过程的流量计还绝无仅有。
我国VSF的生产亦有飞速发展，全国生产厂达数十家，这种生产热潮国外亦未曾有过。应该看到，VSF尚属发展中的流量计，无论其理论基础或实践经验尚较差。至今最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论，而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞（均匀流场）中实验得出的，它与封闭管道中具有三维不均匀流场其旋涡分离的规律是不一样的。至于实践经验更是需要通过长期应用才能积累。一般流量计出厂校验是在实验室参考条件下进行的，在现场偏离这些条件不可避免。工作条件的偏离到底会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确。这些都说明流量计的迅速发展需求基础研究工作必须跟上，否则在实用中经常会出现一些预料不到的问题，这就是用户对VSF存在一些疑虑的原因，它亟需探索解决。
VSF已跻身通用流量计之列，无论国内外皆已开发出多品种。全系列、规格齐全的产品，对于标准化工作亦很重视，流量计存在一些问题是发展中的正常现象。
二、工作原理与结构
1. 工作原理
在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式
f=SrU1/d=SrU/md
（1）
式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
Sr--斯特劳哈尔数；
m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
图1 卡曼涡街
管道内体积流量qv为
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1(3) 式中K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。
K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在Re D=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为
(4)
图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
式中q Vn，q V--分别为标准状态下（0o C或20o C，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；
Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa；
Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；
Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数
在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。
2. 结构
VSF由传感器和转换器两部分组成，如图3所示。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。
图3 涡街流量计
（1）旋涡发生体
旋涡发生体是检测器的主要部件，它与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损失）密切相关，对它的要求如下。
1）能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离；
2）在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持恒定的斯特劳哈尔数；
3）能产生强烈的涡街，信号的信噪比高；
4）形状和结构简单，便于加工和几何参数标准化，以及各种检测元件的安装和组合；
5）材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温度变化；
6）固有频率在涡街信号的频带外。
已经开发出形状繁多的旋涡发生体，它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，如图4所示。单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱，其他形状皆为这些基本形的变形。三角柱形旋涡发生体是应用最广泛的一种，如图5所示。图中D为仪表口径。为提高涡街强度和稳定性，可采用多旋涡发生体，不过它的应用并不普遍。
（a）单旋涡发生体
（b）双、多旋涡发生体
图4 旋涡发生体
图5 三角柱旋涡发生体
d/D=0.2～0.3;c/D=0.1～0.2;
b/d=1～1.5;θ=15o～65o
⑵检测元件
流量计检测旋涡信号有5种方式。
1）用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；
2）旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压；
3）检测旋涡发生体周围交变环流；
4）检测旋涡发生体背面交变差压；
5）检测尾流中旋涡列。
根据这5种检测方式，采用不同的检测技术（热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等）可以构成不同类型的VSF，如表1所示。
⑶转换器
检测元件把涡街信号转换成电信号，该信号既微弱又含有不同成分的噪声，必须进行放大、滤波、整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号。
不同检测方式应配备不同特性的前置放大器，如表2所列。
转换器原理框图如图6所示。
图6 转换器原理框图
⑷仪表表体
仪表表体可分为夹持型和法兰型，如图7所示。
图7 仪表表体
三、优点和局限性
1. 优点
VSF结构简单牢固，安装维护方便（与节流式差压流量计相比较，无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等）。
适用流体种类多，如液体、气体、蒸气和部分混相流体。
精确度教高（与差压式，浮子式流量计比较），一般为测量值的（±1%～±2%）R。
范围宽度，可达10：1或20：1。
压损小（约为孔板流量计1/4～1/2）。
输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量，无零点漂移；
在一定雷诺数范围内，输出频率信号不受流体物性（密度，粘度）和组分的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质，如图8所示。
图8 不同测量介质的斯特劳哈尔数
可根据测量对象选择相应的检测方式，仪表的适应性强。
VSF在各种流量计中是一种较有可能成为仅需干式校验的流量计。
2. 局限性
VSF不适用于低雷诺数测量（Re D≥2×104），故在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。
旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响，应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或装设流动调整器（整流器），一般可借鉴节流式差压流量计的直管段长度要求安装。
力敏检测法VSF对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所。
与涡轮流量计相比仪表系数较低，分辨率低，口径愈大愈低，一般满管式流量计用于
DN300以下。
仪表在脉动流、混相流中尚欠缺理论研究和实践经验。
四、分类与凡种类型产品简介
1. 分类
涡街流量计可按下述原则分类。
按传感器连接方式分为法兰型和夹装型。
按检测方式分为热敏式、应力式、电容式、应变式、超声式、振动体式、光电式和光纤式等。
按用途分为普通型、防爆型、高温型、耐腐型、低温型、插入式和汽车专用型等。
按传感器与转换器组成分为一体型和分离型。
按测量原理分为体积流量计、质量流量计。
2. 几种类型产品简介
各类涡街流量计性能比较如表3所示。
注∶√-较好、△-一般、×-差。
以下简介几种类型VSF。
⑴应力式VSF
如图9所示，应力式VSF应用检测方式1）～4）（见二、2.），它把检测元件受到的升力以应力形式作用在压电晶体元件上，转换成交变的电荷信号，经电荷放大、滤波、整形后得到旋涡频率信号。压电传感器响应快、信号强、工艺性好、制造成本低、与测量介质不接触、可靠性高。仪表的工作温度范围宽，现场适应性强，可靠性较高，它是目前VSF的主要产品类型。
图9 应力式涡街流量计
1-表头组；2-三角柱；3-表体；4-联轴；5-压板；6-探头；7-密封垫；8-接头；
9-密封垫圈；10-螺栓；11-销；12-铭牌；13-圆螺母；14-支架；15-螺栓
但是，它对管道振动较敏感，是其主要缺点，几年来，生产厂家做了大量工作以弥补此缺陷：如对仪表本身结构，检测位置以及信号处理等采取措施；在管道安装减震方式下功夫；向用户提供选点咨询指导等，已经取得一定的进展，当然如测量对象有较强的振动还是不用为好。
（2）电容式VSF
电容式VSF应用检测方式1）、2），安装在涡街流量传感器中的电容检测元件相当于一个悬臂梁（见图10）。当旋涡产生时，在两侧形成微小的压差，使振动体绕支点产生微小变形，从而导致一个电容间隙减少（电容量增大），另一个电容间隙增大（电容量下降），通过差分电路检测电容差值。当管道有振动时，不管振动是何方向，由振动产生的惯性力同时作用在振动体及电极上，使振动体与电极都在同方向上产生变形，由于设计时保证了振动体与电极的几何结构与尺寸相匹配，使它们的变形量一致，差动信号为零。这就是电容检测元件耐振性能好的原因。虽然由于制造工艺的误差，不可能完全消除振动的影响，但大大提高了耐振性能。试验证明，其耐振性能超过1g。电容式另一个优点是可耐高温达400o C，温度对电容检测元件的影响有两方面：温度使电容间介电常数发生变化和电极的几何尺寸随温度而变，这些导致电容值发生变化，另一方面由于温度升高金属热电子发射造成电容的漏电流增大。试验证明，当温度升高至400o C时无论电容值变化或漏电流增大都未影响仪表的基本性能。
图10 电容式检测元件
⑶热敏式VSF
热敏式VSF采用检测方式2）、3），如图11所示。旋涡分离引起局部流速变化，改变热敏电阻阻值，恒流电路把桥路电阻变化转换为交变电压信号。这种仪表检测灵敏度较高，下限流速低，对振动不敏感，可用于清洁、无腐蚀性流体测量。
图11 热敏式涡街流量计
R11，R12-热敏电阻
⑷超声式VSF
超声式VSF采用检测方式5），如图12所示。由图可见，在管壁上安装二对超声探头T1，R1，T2，R2，探头T1，T2发射高频、连续声信号，声波横穿流体传播。当旋涡通过声束时，每一对旋转方向相反的旋涡对声波产生一个周期的调制作用，受调制声波被接收探头R1，R2转换成电信号，经放大、检波、整形后得旋涡信号。仪表有较高检测灵敏度，下限流速较低，但温度对声调制有影响，流场变化及液体中含气泡对测量影响较大，故仪表适用于温度变化小的气体和含气量微小的液体流量测量。
图12 超声式涡街流量传感器
⑸振动体式VSF
振动体式VSF采用检测方式2），如图13所示。在旋涡发生体轴向开设圆柱形深孔，孔内放置软磁材料制作的轻质空心小球或圆盘（振动体），旋涡分离产生的差压推动振动体上下运动，位于振动体上方的电磁传感器检测出旋涡频率。它只适用于清洁度较高的流体（如蒸汽），可用于极高温（427o C）及极低温（-268o C），这是其特点。
图13 振动体式涡街流量计
⑹升力式涡街质量流量计
旋涡分离的同时，旋涡发生体受到流体作用的升力，升力F的大小为
F=C LρU2/2
（5）
式中C L-旋涡发生体升力系数。
以式（5）除以式（1），经整理后可得质量流量q m
q m=ρU(π/4)D2=πD2Sr/2C L md×F/f
（6）
由式（6）可看出，质量流量q m与升力F成正比。图14为原理框图。从压电检测元件取出旋涡信号，经电荷转换器后分两路处理：一路经有源滤波器、施密特整形器和f/V转换器，获得与流速成正比的信号；另一路经放大器、滤波器获得信号幅值与ρU2成正比的信号。这两路信号经除法器运算，获得质量流量。
图14 升力式涡街质量流量计原理框图
该方法结构简单，但信号幅值与压电元件稳定性、放大器稳定性、现场安装条件、被测介质温度等多种因素有关，测量精确度难以提高。
⑺差压式涡街质量流量计
流体通过旋涡发生体，产生旋涡分离和尾流震荡，部分能量被消耗和转换，在旋涡发生体前后产生压力损失
△p=C DρU2/2
（7）
式中C D-涡街流量传感器阻力系数。
以式（7）除式（1），经整理后得质量流量q m
q m=ρU(π/4)D2=(πD2Sr/2mdC D)(△p/f)
（8）
图15示为差压式涡街质量流量计原理框图，传感器输出与体积流量成正比的频率，差压单元测出旋涡发生体前后特定位置的差压△P，经计算单元计算，获得质量流量q m。选择阻力特性和流量特性俱佳的旋涡发生体，确定取压孔位置，建立C D的数学模型是技术关键。
图15 差压式涡街质量流量计
五、选用考虑要点
1. 应用概况
VSF自20世纪70年代在工业上应用以来，由于它具有一些突出的特点，受到用户欢迎，并得到迅速发展。像它这样开发只有20多年即已跻身通用流量计之列，在流量计中是少有的。由于应用时间短，无论理论研究或实践经验都比较薄弱，不免出现一些问题，这是不足为怪的。多年实践证明，VSF的选用（选型和使用）是用好流量计的关键环节，因此仪表制造厂应加强售前服务，即帮助用户选型，并在安装投用上给予指导。只要抓住这一环节，该流量计不失为一种性能不错的流量计。
20世纪90年代中后期世界范围内VSF在流量仪表总量中，台数约占3%～5%，每年5万～6万台，金额占4%～6%；在我国销售台数约占流量仪表总量（不包括家用燃气表和水表及玻璃管浮子流量计）的6%～8%，每年1．5万～2万台。
2. VSF的口径选择
VSF的仪表口径及规格选择很重要，它类似于差压流量计节流装置的设计计算，要遵循一些原则进行选择。仪表口径选择步骤如下。
首先必须明确以下工作参数。
1）流体名称，组分；
2）工作状态的最大、常用、最小流量；
3）最高、常用、最低工作压力和工作温度；
4）工作状态介质的粘度。
VSF的输出信号是与工作状态的体积流量成正比的，因此如已知气体流量是标准状态体积流量或质量流量时，应把它换算成工作状态下的体积流量q v
q v=q n(p n TZ/pT n Z n) m3／h
（9）
式中q v，q n--分别为工作状态和标准状态下的体积流量，m3／h；
P，P n--分别为工作状态和标准状态下的绝对压力，Pa；
T，T n--分别为工作状态和标准状态下的热力学温度，K；
Z，Z n--分别为工作状态和标准状态下的气体压缩系数。
工作状态下介质的密度ρ和体积流量q v
ρ=ρn(pT n Z n/ p n TZ)
(10)
式中ρ，ρn--分别为工作状态和标准状态下的介质密度，kg/m3；
其余符号同上。
q v =q m／ρ
（11）
式中q m--质量流量，kg/h。
下面需要选择传感器口径。传感器口径选择主要是对流量下限值进行核算。它应该满足两个条件：最小雷诺数不应低于界限雷诺数（Re C＝2×104）和对于应力式VSF在下限流量时旋涡强度应大于传感器旋涡强度的允许值（旋涡强度与升力ρU2成比例关系），对于液体还应检查最小工作压力是否高于工作温度下的饱和蒸气压，即是否会产生气穴现象。
这些条件用数学式可表示如下(12-14)
式中q Vmin，q V0min--分别为工作状态和校准状态下的最小体积流量，m3/h；
（q Vmin）ρ--满足旋涡强度要求时最小体积流量，m3/h；
（q Vmin）υ--满足最小雷诺数要求时最小体积流量，m3/h；
ρ，ρ0--分别为工作状态和校准状态下介质的密度，kg/m3；
υ，υ0--分别为工作状态和校准状态下介质的运动粘度，m2/s；
P min--最小工作压力，Pa；
△p--最大流量时传感器的压力损失，Pa，
△p=C D（ρU2/2），C D≈2
U--管道平均流速，m／s；
P V--工作温度下液体的饱和蒸气压，Pa。
比较（q Vmin）ρ，和（q Vmin）υ：
若（q Vmin）υ≥（q Vmin）ρ，可测流量范围为（q Vmin）ρ～q Vmax，线性范围为（q Vmin）υ～q Vmax；
若（q Vmin）υ＜（q Vmin）ρ，可测流量范围和线性范围为（q Vmin）ρ～q Vmax。
流量测量范围的确定还应检查是否处于仪表的最佳工作范围（即上限流量的1/2～2/3处）。表4示有某型号涡街流量计特定校准条件下各种口径的流量测量范围。
注：校准条件如下：
1．液体：常温水，t=20℃，ρ=998.2kg/m3，υ=1.006×10-6m2/s。
2．气体：常温常压空气，t=20℃，P=0.1MPa（绝），ρ=1.205 kg/m3，υ=15×10-6 m2/s。
根据上述原则选择的仪表口径不－定与管道通径相一致，如不同时应连接异形管并配置一段必要的直管段长度。
【例1】空气流量测量
⑴已知条件
最大流量：2000m3/h（20℃,101.325kPa）
最小流量：300m3/h（20℃，101.325kPa）
管道内径：80mm
工作压力：0.5MPa（绝）
工作温度：60℃
（2）辅助计算
(3) 口径选择
比较（q V0min）ρ和（q V0min）υ，
（q V0min）ρ＞（q V0min）υ
故可测流量范围为（q V0min）ρ～q Vmax。
即可测流量范围为143.7～2000m3/h，由表4查得DN100可满足要求，这样VSF口径与管道通径不一致，应设置异径管（扩散管）并配置一段直管段。
【例2】热水流量测量
（1）已知条件
最大流量：18m3/h
最小流量：6 m3/h
工作压力：0.25MPa
工作温度：90℃
介质密度：965 kg/m3
介质粘度：3.32×10-7m2/s
（2）口径选择
比较（q V0min）ρ和（q V0min）υ，
（q V0min）ρ≤（q V0min）υ
可测流量范围为（q V0min）ρ～q Vmax。查得DN40、ND50皆可满足要求，选择DN40更合适些。
（3）检查压力损失
最大流量时平均流速U max为
查生产厂提供的资料得C D：2.2
则△p=1.1ρU2max=1.1×965×3.982=0.168×105Pa
不发生气穴的最低工作压力
p=2.7△p max+1.3pv=2.7×0.168×105+1.3×0.7149×105=0.138MPa 故由计算可知不会发生气穴现象。
饱和水蒸气的流量测量范围可由表4所示气体流量测量范围用下式求得
(15)
式中q m--水蒸气的质量流量，t/h；
q v空--空气的体积流量，m3/h；
ρ--水蒸气的密度，kg/m3；
ρ0--空气的密度，ρ0=1.205 kg/m3。
饱和水蒸气的流量测量范围如表5所示。
试计算DN100饱和水蒸气0.8MPa时的流量范围。
1）由表4查得DN100流量范围100～1000 m3/h；
2）由饱和水蒸气密度表查出0.8MPa时，ρ=4.162 kg/m3；
3）计算得
3. VSF的精确度
VSF的精确度对于液体大,致在±0.5%R～±2%R，对于气体在±l%R～±2%R，重复性一般为0.2%～0.5%。由于VSF的仪表系数较低，频率分辨率低，口径愈大愈低，故仪表口径不宜过大（DN300以下）。
范围度宽是VSF的特点，但重要的是下限流量为多少。一般液体平均流速下限为0.5m/s，气体为4～5m／s。VSF的正常流量最好在正常测量范围的1/2～2/3处。
VSF的仪表系数不受测量介质物性的影响，这是很大的优点，可以用一种典型介质校验而应用到其他介质去，对于解决校验设备问题提供便利。但是应该看到由于液、气的流速范围差别很大，因此频率范围亦差别很大。处理涡街信号的放大器电路中，滤波器的通带不同，电路参数亦不同，因此，同一电路参数是不能用于不同测量介质的。介质改变，电路参数亦应随之改变。
另外，气体和液体的密度差别很大，旋涡分离时产生的信号强度与密度成正比。因此信号强度差别亦很大，液、气放大器电路的增益，触发灵敏度等皆不一样，压电电荷差别大，电荷放大器的参数也不同。即使同为气体（或液体、蒸汽）随着介质压力、温度不同，密度不同，使用的流量范围不同，信号强度亦不同，电路参数同样要改变。因此一台VSF不经硬件或软件修改，改变使用介质或改变仪表口径是不可行的。
4. 主要问题
VSF大量使用已有十余年，使用效果不理想，总结起来主要有以下几点原因。
1）产品质量问题，设计原理或设计方案有严重缺陷，产品材料、工艺质量不良。尤其近年来，一些生产厂片面追求利润，产品粗制滥造，败坏了VSF的声誉。
2）仪表选型和使用问题，用户给定工艺参数不准确，使得选型不当；安装地点选择有问题，安装不符合规定要求。
3）现场调整问题，现场投运缺乏调整或调整不当，正确的调整是用好的关键。
5. 适用的情况
VSF不适用于测量低雷诺数（Re D≤2×104）流体。低雷诺数时斯特劳哈尔数随着雷诺数而变，仪表线性度变差，流体粘度高会显著影响甚至阻碍旋涡的产生，选型的一个限制条件是不能使用于界限雷诺数之下。
VSF适用的流体比较广泛，但对于流体的脏污性质要注意。含固体微粒的流体对旋涡发生体的冲刷会产生噪声，磨损旋涡发生体。若含有的短纤维缠绕在旋涡发生体上将改变仪表系数。
VSF在混相流体中的应用经验还少，一般可用于含分散、均匀的微小气泡，但容积含气率应小于7%～10%的气、液两相流，若超出2%就应对仪表系数进行修正。可用于含分散、均匀的固体微粒，含量不大于2%的气固、液固两相流。可用于互不溶解的液液（如油和水）两组分流等。
脉动流和旋转流会对VSF产生严重影响。如果脉动频率与涡街频率频带合拍可能引起谐振破坏正常工作和设备，使涡街信号产生"锁定（1ock-in）"现象，这时信号固定于某一频率。"锁定"与脉动幅值、旋涡发生体形状及堵塞比等有关。VSF的正常工作的脉动阈值尚待试验确定。80年代以来国内外流量测量工作者已对VSF在混相流、脉动流中的应用开展许多试验研究，国际标准化组织（ISO）已发布的技术报告中亦关注这方面内容。
6. 经济性
在众多的流量计中，VSF的经济性较好，是一种经济实惠的流量计。VSF的基本性能处于中等偏上水平，购置费低于质量式、电磁式、容积式等，而安装、运行、维护费低于节流式、容积式、涡轮式等，如仅作为控制系统检测仪表可采用干校方式节省周期校验费用。
六、安装使用注意事项
1. 安装注意事项
VSF属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，对现场管
道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。
VSF可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用涎水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意，如图16所示。
图16 混相流体的安装
（a）测量含液体的气体流量仪表安装；
（b）测量含气液体流量仪表安装
VSF必须保证上、下游直管段有必要的长度，如图17所示。在各种资料中数据有差异，其原因可能是，旋涡发生体尚未标准化，形状尺寸的差异有多少影响尚待验证；对各类阻流件必要的直管段长度试验研究尚不够，即还不成熟，对比节流式差压流量计，这方面工作还处于初始阶段。
图17 涡街流量计对上、下游直管段长度的要求
（a）一个90o弯头；（b）同心扩管；（c）同心收缩全开阀门；（d）不同平面两个90o弯
头；
（e）调节阀半开阀门；（f）同一平面两个90o弯头
TK--WJL涡街流量计 应用： TK--WJL系列涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量仪表。 涡街流量计原理： 涡街流量计在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如右图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。 设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式： f=SrU1/d=SrU/md 式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s； Sr--斯特劳哈尔数； m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比 管道内体积流量qv为：qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 、K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 式中K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。 K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状
及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线 式中qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h； Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa； Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K； Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。 由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。 涡街流量计便是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力，无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量，配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量，是节流式流量计的理想替代产品。 为提高涡街流量计的耐高温及抗振动性能，我公司新近开发出了HAKK-TK--WJL改进型涡街流量传感器，因其独特的结构和选材使该传感器可在高温（350℃）、强振动（≤1g）的恶劣工况下使用。 在实际应用中，往往最大流量远低于仪表的上限值，随着负荷的变化，最小流量又往往会低于仪表的下限值，仪表并非工作在它的最佳工作段，为了解决这一问题，通常采用在测量处缩径提高测量处的流速，并选用较小口径的仪表以利于仪表的测量，但是这种变径方式必须在变径管与仪表间有长度为15D以上的直管段进行整流，使加工、安装都不方便。我公司研制的纵断面形状为圆弧的LGZ变径整流器，具有整流、提高流速及改变流速分布多重作用，其结构尺寸小，仅为工艺管内径的1/3，与涡街流量计作成一体，不仅不需要另外附加一段直管段，还可以降低对工艺管直管段的要求，安装非常方便。 为了使用方便，电池供电的本地显示型涡街流量计采用微功耗高新技术，采用锂电池供电可不间断运行一年以上，节省了电缆和显示仪表的采购安装费用，可就地显示瞬时流量、累积流量等。温度补偿一体型涡街流量计还带有温度传感器，可以直接测量出饱和蒸汽的温度并计算出压力，从而显示饱和蒸汽的质量流量。温压补偿一体型带有温度、压力传感器，用于气体流量测
涡街流量计 涡街产生原理： 涡街流量计是利用流体力学中著名的卡门涡街原理,即在流动的流体中插入一个非流线型断面的柱体,流体流动受到影响,在一定的雷诺数范围内将在柱体下游,均要产生漩涡分离。当这些漩涡排列成两排、且两例漩涡的间距与同列中两相邻漩涡的间距之比满足下式时,h/l=0.281 ,就能得到稳定的交替排列漩涡,这种稳定而规则地排列的涡列称为“卡门涡街”。这个稳定的条件是冯?卡门对于理想涡街研究分析得到的,后来一般把错排稳定的涡街称作“卡门涡街”。这就是卡门涡街流量计的名称由来,如图1所示 图1 卡门涡街示意图 理论和实验的研究都证明,漩涡分离频率,即单位时间内由柱体一侧分离的漩涡数目f与流体速度V1成正比,与柱体迎流面的宽度d成反比,即: 式中f—漩涡分离频率。 Sr—斯特劳哈尔数(无量纲)。对于一定柱型在一定流量范围内是雷诺数的函数。 V1—漩涡发生体两侧的流速m/s。 d—漩涡发生体迎流宽度mm。 为了计算方便起见,可用管道内平均流速 试验可以测定Sr数,其数值与柱体的断面形状、柱体流道的相对尺寸以及流动雷诺数有关。大量的试验表明,对于许多经过适当选择的柱型,由于斯特劳哈尔数在很宽的雷诺数范围内可以看成是常数。一旦柱体和流道的几何尺寸及其形状确定后,f便与平均速度V成为简单的正比关系,因而检测出漩涡的频率,便可以测得流速,并以此推知其流量。这就是涡街流量计的基本原理。
当流体流动受到一个垂直于流动方向的非流线形柱体的阻碍时，柱体的下游两侧会发生明显的旋涡，成为卡门涡列，涡列的形成与流体雷诺数有关。如图2，漩涡形成示意图，图3卡门涡街示意图。 图2：漩涡形成示意图 图3：卡门涡街
孔板流量计工作原理 充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是 在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节 流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定 律为基准的。 孔板流量计又称为差压式流量计，是由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和流量显示仪)组成，广泛应用于气体、蒸汽和液体的流量测量。具有结构简单，维修方便，性能稳定，使用可靠等特点。详细介绍: 一、概述孔板流量计又称为差压式流量计，是由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和流量显示仪)组成，广泛应用于气体、蒸汽和液体的流量测量。具有结构简单，维修方便，性能稳定，使用 可靠等特点。孔板节流装置是标准节流件可不需标定直接依照国家 标准生产，1.国家标准GB2624-81<流量测量节流装置的设计安装和使用；2.国际标准ISO5167<国际标准组织规定的各种节流装置； 3.化工部标准GJ516-87-HK06。 二、工作原理充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力
差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。 孔板流量计由截流元件孔板、均压环、三阀组和智能多参数变送器组成。 三阀组： 三阀组的作用是将差压变送器的正负压室与引压管导通或切断，导通或切断差压变送器。 停用时：关闭负压阀,打开平衡阀,关闭正压阀. 投用时：打开正压阀,关闭平衡阀,打开负压阀.在有隔离液的情况下要确保三阀组不能同时打开,防止隔离液因为差压而跑掉. 五阀组比三阀组多2个排污阀。 初次使用时应先打开平衡阀，再打开低压侧负压阀，接着是打开高压侧正压阀，最后关闭平衡阀，变送器工作，这样操作很好的保护了变 送器。在变送器的工作过程中也可以打开平衡阀给变送器调零等操作 孔板流量计的安装位置是直管的前10D后5D。 造成孔板测量不准的几个原因：
孔板流量计的安装注意点和原理分析 一、孔板流量计的安装注意事项 1.气体取压口最好在管道上部；液体取压口在侧面以下但不要在正下方，沉积颗粒会堵着取压口的；蒸汽的话取压口在管道侧面； 2.孔板方向不要弄错了，标“+”的为正向，“-”为负向，“+”是迎着流体过来的方向。 3.正负取压口引出的导压管在任何情况下都要保持平行； 4.孔板一般都要配合差压变送器用的，导压管与差压变送器连接时要注意正负压不要装反，“H”为正，“L”为负； 5.测气体的话差压装置建议放在管道上方，液体的话放在管道下部，测蒸汽嘛如果有配冷凝罐的话，应当保持冷凝罐在同一水平面高度上。 6.直管段要求了，按计算书计算出安装孔板时要求的前后直管段长度，通常为前20D后10D来装（D是指孔板的口径）节流装置V锥流量计与孔板流量计性能比较：V锥形流量计(又称内锥、V锥、V型锥流量计)是新一代差压式流量计测量仪表，由专用的节流装置锥形管与通用的差压变送器、二次仪表配套构成。锥形管是专利技能产品，对残旧的差压装置作了很大的技能改进，它由一圆形测量管和置入测量管内并与测量管同轴的特型芯体构成。芯体与测量管内圆柱面之间构成异径环型过流裂痕，对流过的流体进行节流，其节流历程同环型孔板、经典文丘里管的节流历程近似。锥形管的特殊构造，有效的消除了而今在用孔板、喷嘴的性能毛病，使之在运用历程中不永存类似孔板等节流件的锐缘磨蚀与积污纰漏，并能对节流前管内流体速度散播梯度及大概永存的各种非轴对称速度散播进行额外有效的流动排解(整流)，从而能实现高切确度与高平乱性的流量测量。锥形管流量计可用于对各种液体、气体和蒸汽的测量，是尺寸孔板等残旧节流式仪表的梦想换代产品，为改进而今的工业、能源计量成果，供给了一项有效、可靠的计量手腕。 二、产品性能机理简析 孔板流量计为何能有如此优秀的技能性能?最本原的原因是靠其简单而又科学合理的构造及其所造成的节流模式。应该说，锥形管是环形孔板与经典文丘里管的技能再发家，它将环形孔板、经典文丘里管、耐磨孔板以及锥形入口孔板的性能优特性融会在一齐，彻底消除了孔板的计量性能毛病，使之造成了一项齐全”择优遗传杂交”特性的新型节流式流量测量仪表。尺寸孔板的首要计量性能毛病：①运用历程中，额外减省爆发节流件锐缘磨蚀和积污，造成流出系数缓缓变换,导致难以克制的流量测量差池。②在中低雷诺数测量区，流出系数随流量工况变革而变革的幅度较大，导致编制性的测量差池。③安设直管段哀求过高，以及孔板安设的峻厉圭臬哀求难以达标，经常造成运用安设附加差池较大，该差池经常难以定量评估。④压损大。
LUGB系列涡街流量计 使用说明书
目录 一. 概述工作原理- - - - - - - - - - - - - - - (3) 二. 技术参数- - - - - - - - - - - - - - - - - - - (4) 三. 流量范围- - - - - - - - - - - - - - - - - - - (4) 四. 安装结构图- - - - - - - - - - - - - - - - - - (5) 五. 安装及接线- - - - - - - - - - - - - - - - - - (6) 六. 流量计参数整定- - - - - - - - - - - - - - - - (9) 七. 流量计信号检测、调整和校验方法- - - - - - - - - (10) 八. 维护及故障排除- - - - - - - - - - - - - - - - (10) 九. 订货须知- - - - - - - - - - - - - - - - - - - (11) 十. 智能流量计操作说明- - - - - - - - - - - - - - (12)
一概述 LUGB系列涡街流量计是一种采用压电晶体作为检测元件，输出与流量成正比的标准信号的流量仪表。该仪表可以直接与ＤＤＺ－Ⅲ型仪表系统配套，也可以与计算机及集散系统配套使用，对不同介质的流量参数进行测量。该仪表根据流体涡街的检测原理，其检测涡街的压电晶体不与介质接触，仪表具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点. LUGB系列涡街流量计可用于各种气体、液体和蒸汽的流量检测及计量。 LUGB 系列涡街流量计可以与本公司生产的智能流量积算仪配套使用,也可以和其它仪表厂商生产的智能仪表配套使用,具有通用性强的特点。 二工作原理 涡街流量计的基本原理是卡门涡街原理,?即“涡街旋涡分离频率与流速成正比”。 流量计流通本体直径与仪表的公称口径基本相同。如图一所示,?流通本体内插入有一个近似为等腰三角形的柱体,柱体的轴线与被测介质流动方向垂直,底面迎向流体。 当被测介质流过柱体时,在柱体两侧交替产生旋涡,旋涡不断产生和分离,?在柱体下游便形成了交错排列的两列旋涡，即“涡街”。理论分析和实验已证明,?旋涡分离的频率与柱侧介质流速成正比。 式中: ｆ──柱体侧旋涡分离的频率(Ｈｚ); Ｖ──柱侧流速(ｍ/ｓ); ｄ──柱体迎流面宽度(ｍ); Ｓr ──斯特劳哈尔数。是一个取决于柱体断面形状而与流体性质和流速大小基本无关的常数。 图一圆管内的涡街 三产品特点 传感器测量探头采用特殊工艺封装，耐高温可达350℃ 敏感元件封状在探头体内，检测元件不接触测量介质，使用寿命长 传感器采用补偿设计，提高仪表抗震性 结构简单、无可动件，耐用性高 在规定雷诺数范围内，测量不受介质温度、压力、粘度影响 流量计可应用于防爆场合，安全性好
涡街流量计的工作原理和特点 本文由https://www.doczj.com/doc/f317960594.html,提供 涡街流量计的工作原理是在流体中设置旋涡发生体，从而发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，产生一定的频率，通过公式f=St*v/(1-1.27d/D)*d，(St为斯特劳哈尔数，为无量纲数，与旋涡发生体及雷诺数有关；v为流速；d为发生体迎面宽度；D为公称通径)即可得出流速。 一般的来说，涡街流量计输出信号(频率)不受流体物性和组分变化的影响，是指仪表系数仅与旋涡发生体形状和尺寸以及雷诺数有关。它的优点是：结构简单牢固，安装维护方便；适用多种类流体，液、气、蒸汽及部分混合相皆适用；精确度较高，一般达±1%R左右；流量范围宽，可达10：1或20：1或更大；压头损失小；无零点飘移；价格相对便宜；缺点是：不适于低雷诺数Re＜20000的情况，对高粘度、低流速、小口径的使用有限制；对环境的要求较高，应尽量杜绝有振动的场所，且上游侧需要有较长的直管段；仪表系数较低，口径愈大愈低。信号分辨率降低，故口径不宜过大，一般应用于DN15~DN300mm。 1.优点 涡街流量计结构简单牢固，安装维护方便(与节流式差压流量计相比较，无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等)。 适用流体种类多，如液体、气体、蒸气和部分混相流体。 精确度教高(与差压式，浮子式流量计比较)，一般为测量值的(±1%～±2%)压损小(约为孔板流量计1/4～1/2)。输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量，无零点漂移；在一定雷诺数范围内，输出频率信号不受流体物性(密度，粘度)和组分的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质。 2、局限性 涡街流量计不适用于低雷诺数测量(ReD≥2×104)，故在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。 旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响，应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或装设流动调整器(整流器)，一般可借鉴节流式差压流量计的直管段长度要求安装。与涡轮流量计相比仪表系数较低，分辨率低，
孔板流量计 孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及引的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。节流装置又称为差压式流量计,是由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和流量显示仪)组成广泛应用于气体.蒸汽和液体的流量测量.具有结构简单,维修方便,性能稳定。 孔板流量计工作原理 充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。 在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。其基本公式如下： c－流出系数无量纲 d－工作条件下节流件的节流孔或喉部直径 D－工作条件下上游管道内径 qm－质量流量Kg/s qv－体积流量m³/s ß－直径比d/D无量纲 流体的密度Kg/m³ 可膨胀性系数无量纲 孔板流量计结构 节流装置组成 节流件：标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、1/4圆孔板、双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板等 取压装置：环室、取压法兰、夹持环、导压管等 测量管 孔板流量计的安装要求：对直管段的要求一般是是前10D后5D，因此在选购孔板流量计时一定要根据流量计的现场工矿情况来选择适合现场工矿的流量计。 孔板流量计特点 ▲节流装置结构易于复制，简单、牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。 ▲孔板计算采用国际标准与加工 ▲应用范围广，全部单相流皆可测量，部分混相流亦可应用。 ▲标准型节流装置无须实流校准，即可投用。 ▲一体型孔板安装更简单，无须引压管，可直接接差压变送器和压力变送器。 选择孔板流量计所需要的参数 1、管道的口径（管径*壁厚） 2、孔板流量计测量的介质 3、被测介质的工作温度 4、被测介质的工作压力（最大压力、最小压力、正常压力）
简述各种流量计原理及特点 1. 简述 目前工程实际中，流量测量方法及流量仪表的种类繁多，至今为止，可供工业用的流量仪表种类多达数十余种。在流量仪表的家族中，每种产品都有它特定的适用性及使用局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类：按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。 本文简要介绍目前最常用流量计分类法，主要有：差压式流量计、容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计质量流量计等分别简述各种流量计的原理及特点。 2. 差压式流量计 差压式流量计是通过安装于是工业管道中流量检测元件产生的差压，将已知流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计差压式流量计算流量计。 差压式流量计由一次检测件及二次仪表（差压转换器或变送器和流量显示仪表）组成。以检测件形式划分差压式流量计分类，有孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。二次仪表为各种机械、电子、机电一体式差压式流量计、差压变送器及流量显示仪表。差压式流量仪表是流量仪表大家族中应用最广泛的一中流量仪表，目前国内外已系列化、通用化、标准化，差压式流量计既可单独测量流量参数，也可测量其它参数（压力、物位、密度）等。差压式流量计的检测件按其作用原理可分为：节流装置、水利阻力、动
压头式、动压头增益及射流式、以及离心式等几大类。 检测件有标准化型式或非标准两大类。标准型检测元件是以标准文件设计、制造、安装和使用，无需经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。而非标型检测元件一般尚未列入国际标准中检测元件。差压式流量计也是应用最广泛的一种流量仪表，在各种流量计使用量中占据首位。 主要优点是：(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长;(2)应用范围广泛，至今尚无任何一流量计可与之比拟；(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。 主要缺点是：(1)测量精度普遍偏低：(2)范围度窄，一般仅3：1～4：1；(3)现场安装条件要求高；(4)压损大（指孔板、喷嘴等）。 3. 容积式流量计 容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 容积式流量计按其测量元件分类：有椭圆齿轮流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、湿式气体计及膜盒式气体计、液封转筒式流量计等。 主要优点：(1)计量精度高；(2)安装管道条件对计量精度没有影响；(3)可用于高粘度液体的测量；(4)范围度宽；(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便。 主要缺点：(1)结果复杂，体积庞大；(2)被测介质种类、口径、介质工
详解孔板流量计 差压式流量计作为经典与最古老的流量计，应用范围最为广泛。不过随着电子式流量计如（电磁、涡街等）流量计的兴起，我们有些新的行业朋友，还真不一定熟悉这种流量计，今天这一期，给大家好好讲解这个差压式流量计。 差压式流量计在化工生产中得到最广泛的应用，也是操作人员最为熟悉的一种流量计，它的节流装置（1）安装在生产工艺管道（2）上，并由引压管（3）和差压变送器（4）三个部分组成流量测量系统(如图3—1所示)。下面对差压式流量计，差压变送器及差压式流量计的安装分别予以介绍。 图3-1 差压式流量计的组成 差压式(也称节流式)流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。差压式流量计一般是由能将流体的流量变换成差压信号的节流量(孔扳、喷嘴)和用来测量压差值的差压计或差压变送器及显示仪表组成。 这种流量计，目前在化工、炼油及其它工业中应用很广，应用的历史也较长久，因此已经积累了丰富的实践经验和完整的实验资料。对于常用的孔板、喷嘴等节流装置，国内外已把它们标准化了，并称为“标准节流装置”。因此,这种流量计所用的标准节流装置可以根据计算结果直接投入制造和使用，不必用实验方法进行单独标定。但对于非标准化的特殊节流装置, 在使用时，均应进行个别标定。 一．节流装置的流量测量原理 节流现象及其原理： 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管璧处，流体的静压产生差异的现象称为节流现象，如图3—2所示 图3—2 流体流经节流装置时的节流现象
现在，我们对流体流经节流装置前后的变化情况作进一步分析。 连续流动着的流体，在遇到安插在管道内的节流装置时，由于节流装置的截面积比管道的截面积小，形成流体流通面积的突然缩小，在压力作用下，流体的流速增大，挤过节流孔，形成流速的扩大而降低。与此同时，在节流装置前后的管壁处的流体静压力就产生了差异,形成静压力差△p(△p=P1- P2)，如图3-3所示。并且p1>p2， 图3—3 孔扳附近流束及压力分布情况 此即为节流现象,从图中可以看出，节流装置的作用在于造成流束的局部收缩从而产生的压差.并且,流过的流量愈大在节流装置前后所产生的压差也愈大，因此可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。由于节流装置造成流束的收缩，同时流体又是保持连续流动的状态,因此在流束截面积最小处的流速达到最大，在流速截面积最小处，流体的静压力最低。 同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力仍旧比原来的为低(即图中P2 流量测量方法及流量计 根据测量原理，将流量测量方法分为几大类，下面分别说明其测量方法、特性等，并介绍几种常用的流量计。 1．差压式流量计 流体流动的伯努利方程就是流体运动的能量方程，其含义是：在流体运动过程中，不同性质的机械能可以相互转换，但总的机械能守恒，差压式流量计正是利用了压能与动能的转换和守恒原理而测量流量的。 （1）节流式流量计 充满圆管的单相连续流体，流经管内节流件时，由于节流件的流通截面比管道截面小，流束形成局部收缩，在压头作用下，流体加速，动能增加，静压下降，在节流前后形成压力差（简称压差）?p，?p=p1-p2。设流体是理想流体和不可压缩的，在两截面之间，按伯努利方程和连续方程就可导出不可压缩实际流体的流量方程： 式中C——流出系数，据节流流束的收缩特性，取压孔的位置和速度分布而确定； A1，A2——分别为所取两个断面的截面积，m2； m——截面比A2/A1； ?p——两截面间压差。 （2）浮子流量计 浮子流量计是由一根自下向上的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子所组成，如图4.10-1所示。被测流体自下而上经过锥管和浮子形成的环隙时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，该处流体流速下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减小，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。 2．容积式流量计 典型的容积式流量计（椭圆齿轮式）的工作原理如图4.10-2所示。两个椭圆形齿轮具有相互滚动进行接触旋转的形状，当流体流过流量计时，作用在流量计进出口之间的压力差使两个齿轮产生旋转，并将流体由入口排向出口。在一次循环过程中，流量计排出四个由齿轮与壳壁围成的初月形空腔的流体体积，该体积称为流量计的“循环体积”。设流量计“循环体积”为υ，一定时间内转子转动次数为N，则在该时间内流过流量计的流体体积为： V=Nυ（4.10-16） 常见流量计的工作原理 常用的几种流量计的基础知识和比较；差压流量计（DP）是最普通的流量技术，包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。DP流量计可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。DP流量计没有移动部分，应用广泛，易于使用。但堵塞后，它会产生压力损失，影响精确度。流量测量的精确度取决于压力表的精确度。 差压流量计（DP） 这是最普通的流量技术，包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。DP流量计可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。DP流量计没有移动部分，应用广泛，易于使用。但堵塞后，它会产生压力损失，影响精确度。流量测量的精确度取决于压力表的精确度。 容积流量计（PD） PD流量计用于测量液体或气体的体积流速，它将流体引入计量空间内，并计算转动次数。叶轮、齿轮、活塞或孔板等用以分流流体。PD流量计的精确度较高，是测量粘性液体的几种方法之一。但是它也会产生不可恢复的压力误差，以及需装有移动部件。 涡轮流量计 当流体流经涡轮流量计时，流体使转子旋转。转子的旋转速度与流体的速度相关。通过转子感受到的流体平均流速,推导出流量或总量。涡轮流量计可精确地测量洁净的液体和气体。像PD流量计，涡轮流量计也会产生不可恢复的压力误差，也需要移动部件。 电磁流量计 具有传导性的流体在流经电磁场时，通过测量电压可得到流体的速度。电磁流量计没有移动部件，不受流体的影响。在满管时测量导电性液体精确度很高。电磁流量计可用于测量浆状流体的流速。 超声流量计 传播时间法和多普勒效应法是超声流量计常采用的方法，用以测量流体的平均速度。像其他速度测量计一样，是测量体积流量的仪表。它是无阻碍流量计，如果超声变送器安装在管道外测，就无须插入。它适用于几乎所有的液体，包括浆体，精确度高。但管道的污浊会影响精确度。 涡街流量计 涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,游涡的速度与流体的速度成一定比例，从而计算出体积流量。涡街流量计适用与测量液体、气体或蒸汽。它没有移动部件，也没有污垢问题。涡街流量计会产生噪音，而且要求流体具有较高的流速，以产生旋涡。 流量计的分类和工作原 理 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT- 流量计的分类和工作原理 一．流量计的分类 按测量原理分有：力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类，即分为：容积式流量计、压差式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计。 二．常用流量计的工作原理及应用 1.压差式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的集合尺寸来计算流量的仪表。 应用：差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用，如流体方面：单相、混相、洁净、脏污、粘性流等；工作方面：常压、高压、真空、常温、高温、低温等；管径方面：从几毫米到几米；流动方面：亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4～1/3。 2.浮子流量计 浮子流量计又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力式由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。 应用：浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、 微流量方面有举足轻重的作用 3.容积式流量计 容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类，它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 应用：容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常应用于昂贵介质（油品、天然气等）的总量测量。 4.涡轮流量计 涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速，从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪器两部分组成，也可做成整体式。 应用：涡轮流量计在测量石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体获得广泛应用。 5.电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。 应用：电磁流量计有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。电磁流量计应用领域广泛，大口径仪表较多应用于给排水工程；中小口径常用于高要求或难测场合，如钢铁工业高炉风口冷却水控制，造纸工业测量纸浆和黑液，化学工业的强腐蚀液，有色冶金工业的矿浆；小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。 孔板流量计流量计算方法 本方法所需配置：适宜的孔板流量计，空盒气压计，压差计，温度计，瓦斯浓度测定仪。 孔板流量计由抽采瓦斯管路中加的一个中心开孔的节流板、孔板两侧的垂直管段和取压管等组成。当气体流经管路内的孔板时，流束将形成局部收缩，在全压不变的条件下，收缩使流速增加、静压下降，在节流板前后便会产生静压差。在同一管路截面条件下，气体的流量越大，产生的压差也越大，因而可以通过测量压差来确定气体流量。 混合气体流量由下式计算： Q=Ｋb△h1/2δPδT (1) 该公式系数计算如下： Ｋ＝189.76a0mD2 (2) b=(1/(1-0.00446x))1/2 (3) Ｋ—孔板流量计系数，由实验室确定； b—瓦斯浓度校正系数，由有关手册查取； △h—孔板两侧的静压差，mmH2O，由现场实际测定获取；δP—压力校正系数； δT—温度校正系数； x--混合气体中瓦斯浓度，%； t--同点温度，℃； a0--标准孔板流量系数；(在相关手册中查出) m--孔板截面与管道截面比； D--管道直径，米； P T--孔板上风端测得的绝对压力，毫米水银柱； 抽采的纯瓦斯流量，采用下式计算： Qw=x·Q (6) 式中x—抽采瓦斯管路中的实际瓦斯浓度，%。 孔板流量计在安装时要注意孔板与瓦斯管的同心度，不能装偏。在钻场内安装流量计时，应保证孔板前后各1m段应平直，不要有阀门和变径管。在抽采巷瓦斯管末端安装流量计应保证孔板前后各5m段应平直，不要有阀门和变径管。 煤矿抽放瓦斯使用孔板流量计 计算抽放要领及参考系数 孔板流量计由抽采瓦斯管路中扩展的一个焦点开孔的节流板、孔板两侧的垂直管段和取压管等组成，如下图。煤矿。当气体流经管路内的孔板时，流束将造成局限缩短，孔板流量计原理。在全压不变的条件下，缩短使流速扩展、静抬高落，孔板流量计原理。在节流板前后便会出现静压差。学习孔板流量计计算公式。在同一管路截面条件下，计算公式。气体的流量越大，你知道流量计。出现的压差也越大，是以能够经历丈量压差来肯定气体流量。一体化孔板流量计。 瓦斯混合气体流量由下式计算：想知道流量计。 Q=Ｋb△h1/2δPδT (1) 该公式系数计算如下：孔板流量计算公式。 Ｋ＝189.76a0mD2 (2) b=(1/(1-0.00446x))1/2 (3) δP=(PT/760)1/2 (4) δT=(293/(273+t))1/2 (5) 式中：孔板流量计计算公式煤矿抽放瓦斯利用孔板流量计计算抽放方法。 Q—瓦斯混合流量，米3/秒； Ｋ—孔板流量计系数，孔板流量计计算公式煤矿抽放瓦斯利用孔板流量计计算抽放方法。由实验室肯定见表-4现实孔板流量特性系数K b—瓦斯浓度校正系数，相比看孔板流量计生产厂家。由相关手册查表-3瓦斯浓度校正系数b值表 △h—孔板两侧的静压差，孔板流量计到普能。mmH2O，孔板流量计工作原理。由现场现实测定获取； δP—压力校正系数； δT—温度校正系数； x--混合气体中瓦斯浓度，一体化孔板流量计。%； t--同点温度，℃； a0--准绳孔板流量系数；(在相关手册中查出) m--孔板截面与管道截面比； D--管道直径，孔板流量计华清好。孔板流量计工作原理。米； PT--孔板优势端测得的完全压力，孔板流量计华清好。毫米水银柱； PT =测定本地气压(毫米水银柱)+该点管内正压(正)或负压(负)(毫米水柱)÷13.6 为了计算利便，孔板流量计安装要求。将δT、δP、b、K 值不同列入表1、表2、表3、表4中。 抽采的纯瓦斯流量，对比一下孔板流量计工作原理。采用下式计算： Qw=x·Q (6) 式中x—抽采瓦斯管路中的现实瓦斯浓度，相比看孔板流量计原理。%。事实上孔板流量计华清好。 孔板流量计在安设时要预防孔板与瓦斯管的同心度，瓦斯。不能装偏。在钻场内安设流量计时，孔板流量计工作原理。应保证孔板前后各1m段应平直，计算。不要有阀门和变径管。方法。在抽采巷瓦斯管末端安设流量计应保证孔板前后各5m段应平直，孔板流量计算公式。不要有阀门和变径管。利用。 各矿井应依据不同的管路条件和完全实在地点安设相应的流量计，想知道孔板流量计生产厂家。凿凿酌量计算公式，相比看孔板流量计安装要求。按原则按期维持校正，以便为瓦斯抽采提供信得过真实数据。 蒸汽流量计的工作原理 文章来源：江苏华能自动化仪表有限公司 简介： HNLU型蒸汽流量计为华能自动化仪表有限公司定型产品，该蒸汽流量计主要用于工业管道中蒸汽介质流体的流量测量，蒸汽流量计特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。蒸汽流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量仪表。 工作原理： 在蒸汽流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。蒸汽流量计便是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力，无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量，配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量，是节流式流量计的理想替代产品。 为提高蒸汽流量计的耐高温及抗振动性能，我公司新近开发出了HNLUG改进型蒸汽涡街流量传感器，因其独特的结构和选材使该传感器可在高温（350℃）、强振动（≤1g）的恶劣工况下使用。在实际应用中，往往最大流量远低于仪表的上限值，随着负荷的变化，最小流量又往往会低于仪表的下限值，仪表并非工作在它的最佳工作段，为了解决这一问题，通常采用在测量处缩径提高测量处的流速，并选用较小口径的仪表以利于仪表的测量，但是这种变径方式必须在变径管与仪表间有长度为15D以上的直管段进行整流，使加工、安装都不方便。我公司研制的纵断面形状为圆弧的LGZ变径整流器，具有整流、提高流速及改变流速分布多重作用，其结构尺寸小，仅为工艺管内径的1/3，与涡街流量计作成一体，不仅不需要另外附加一段直管段，还可以降低对工艺管直管段的要求，安装非常方便。为了使用方便，电池供电的就地显示型蒸汽流量计采用微功耗高新技术，采用锂电池供电可不间断运行一年以上，节省了电缆和显示仪表的采购安装费用，可就地显示瞬时流量、累积流量等。蒸汽流量计还带有温度传感器，可以直接测量出饱和蒸汽的温度并计算出压力，从而显示饱和蒸汽的质量流量。蒸汽流量计带有温度、压力传感器，用于气体流量测量可直接测量出气体介质的温度和压力，从而显示气体的标况体积流量。 计算公式： 设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式： f=SrU1/d=SrU/md 式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s； Sr--斯特劳哈尔数； m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比 管道内体积流量qv为 qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 式中K-- 流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。 K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与 孔板流量计的流量计算公式 简单来说差压值要开方输出才能对应流量 实际应用中计算比较复杂一般很少自己计算的这个都是用软件来计算的下面给你一个实际的例子看看吧 一．流量补偿概述 差压式流量计的测量原理是基于流体的机械能相互转换的原理。在水平管道中流动的流体，具有动压能和静压能（位能相等），在一定条件下，这两种形式的能量可以相互转换，但能量总和不变。以体积流量公式为例： Q v = CεΑ/sqr(2ΔP/(1-β＾4)/ρ1) 其中：C 流出系数； ε 可膨胀系数 Α 节流件开孔截面积，M＾2 ΔP 节流装置输出的差压，Pa; β 直径比 ρ1 被测流体在I-I处的密度，kg/m3; Qv 体积流量，m3/h 按照补偿要求，需要加入温度和压力的补偿，根据计算书，计算思路是以50度下的工艺参数为基准，计算出任意温度任意压力下的流量。其实重要是密度的转换。计算公式如下： Q = 0.004714187 *d＾2*ε*＠sqr(ΔP/ρ) Nm3/h 0C101.325kPa 也即是画面要求显示的0度标准大气压下的体积流量。 在根据密度公式： ρ= P*T50/(P50*T)* ρ50 其中：ρ、P、T表示任意温度、压力下的值 ρ50、P50、T50表示50度表压为0.04MPa下的工艺基准点 结合这两个公式即可在程序中完成编制。 二．煤气计算书（省略） 三．程序分析 1.瞬时量 温度量：必须转换成绝对摄氏温度；即+273.15 压力量：必须转换成绝对压力进行计算。即表压+大气压力 补偿计算根据计算公式，数据保存在PLC的寄存器内。同时在intouch画面上做监视。 2.累积量 采用2秒中一个扫描上升沿触发进行累积，即将补偿流量值（Nm3/h）比上1800单位转换成每2S的流量值，进行累积求和，画面带复位清零功能。 卡门涡街理论整理 1．卡门涡街的产生与现象 为说明卡门涡街的产生，我们来考虑粘性流体绕流圆柱体的流动．当流体速度很低时，流体在前驻点速度为零，来流沿圆柱左右两侧流动，在圆柱体前半部分速度逐渐增大，压力下降，后半部分速度下降，压力升高，在后驻点速度又为零．这时的流动与理想流体统流圆柱体相同，无旋涡产生，如图3-7a所示． 随着来流速度增加，圆柱体后半部分的压力梯度增大，引起流体附面层的分离，如图3-7b 所示．当来流的雷诺数Re再增大，达到40左右时，由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞，就在附面层的分离点S处产生一对旋转方面相反的对称旋涡．如图3－7c所示． 在一定的雷诺数Re范围内，稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比． 图3－7 圆柱绕涡街产生示意图 2．卡门涡街的稳定条件 并非在任何条件下产生的涡街都是稳定的．冯·卡门在理论上已证明稳定的涡街条件是：涡 街两列旋涡之间的距离为h，单列两涡之间距离为，若两者之间关系满足 1 ) / sinh(= l hπ 或 281 .0 /= l h（3－24） 时所产生的涡街是稳定的。 3．涡街运动速度 为了导出旋涡脱落频率与流速之间的关系，首先要得到涡街本身的运动速度．为便于讨论，我们假定在旋涡发生体上游的来源是无旋、稳定的流动，即其速度环量为零．从汤姆生 定理可知，在旋涡发生体下游所产生的两列对应旋涡的速度环量 ，必然大小相等，方向相反，其合环量为零，由于对应两涡的旋向相反，速度环量大小相等，所以在整个涡群的相 互作用下，涡街将以一个稳定的速度 向上游运动．从理论计算可得． 的表示式为 )tanh(2l h l u r πΓ= (3-25) 对于稳定的涡街，将式（3－25）代入，有： = tan h(0. 281 )= (3-26) 4．流体流速与旋涡脱落频率的关系 从前面讨论可知，当流体以流速u 流动时，相对于旋涡发生体，涡街的实际向下游运动速度为u －ur ．如果单列旋涡的产生频率为每秒f 个旋涡，那么，流速与频率的关系为 u －ur = fl (3－27) 将式(3－26)代入，可得到流速u 与旋涡脱落频率f 之间的关系．但是，在实际上不可能 测得速度环量 的数值，所以只能通过实验来确定来流速度u 与涡街上行速度ur 之间的关系，确定圆柱形旋涡发生体直径d 与涡街宽度h 之间的关系，有： h ＝1. 3d （3－28） ur ＝0. 14u （3－29） 将式（3－24），（3－27），（3－28），（3－29）联立，可得： f ＝ ＝ ＝ （3－29’） 0. 2u / d 也可将上式写成： St ＝ 0. 2 (3－30) St 称为斯特罗哈数．从实验可知，在雷诺数Re 为3×l02－3×l05范围内，流体速度u 与旋涡脱落频率的关系是确定的．也就是说，对于圆柱形旋涡发生体，在这个范围内它的斯特罗哈 https://www.doczj.com/doc/f317960594.html, https://www.doczj.com/doc/f317960594.html, 孔板流量计的流量测量原理 文章来源：江苏华能自动化仪表有限公司 简介： HNLG型孔板流量计为江苏华能自动化仪表有限公司定型产品，该孔板流量计是新研发而成的流量差压发生装置，其中节流装置包括孔板内芯和喷嘴等，配套差压变送器或者压力变送器、三阀阻、冷凝器即可测量管道中各种流体的流量，可测量的介质有液体、气体、蒸汽，被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、煤矿等工业部门。 测量原理： 充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。 管道安装条件： 1：节流件前后的直管段必须是直的，不得有可见的弯曲。 2：安装节流件用得直管段应该是光滑的，如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正稀疏。 3：为保证流体的流动在节流件前1D出形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形，所以直管段必须是圆的，而且对节流件前2D范围，其圆度要求其甚为严格，并且有一定的圆度指标。 产品特点： HNLG型孔板流量计的节流装置结构简单，且牢固、性能稳定可靠，使用期限长，价格较低，是工业中常用到的流量测量仪表，整个加工过程采用国际标准，并经过严格的校验检测，用户在购买后可放心使用。该流量计应用领域比较广泛，所有的单相流速都可以测量，一部分混相流也可以使用该产品。HNLG型孔板流量计安装简单，更不需要引压管，可以直接连接差压变送器或者压力变送器来进行测量，可以同时显示流体的累计流量、瞬时流量计、压力及温度，并配有多种通讯接口，具有完善的自诊断功能，量程范围较宽并大于10：1。 技术指标： 1：高精度：±0.075% 2：高稳定性：优于0.1%FS/年 3：高静压：40MPa 4：连续工作5年不需调校 5：可忽略温度、静压影响 6：抗高过压 相关产品：环形孔板流量计,圆缺孔板流量计 https://www.doczj.com/doc/f317960594.html, https://www.doczj.com/doc/f317960594.html,流量测量方法及涡街流量计原理
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