涡街流量计

一、工作原理

智能涡街流量计的基本原理是卡门涡街原理，即“涡等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。

                  F=Sr

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，Sr：0.17～0.18。

图一 圆管内的涡街

智能涡街流量计的设计柱宽d与流通管直径D具有固定的比值，因此，流经管内的平均流速V与柱侧流速V有固定的比值：

由于上式中，d和D都是已知的结构尺寸，而Sr是常数，因此测得旋涡分离频率f，便测得了管内平均流速，从而测得流量Q：

Q=3600F·V （m3/h）

式中：F——流量计流通本体的流通面积（m2）

V——流量计流通本体的平均流速（m/s）

旋涡交错分离，在柱体两侧及柱体后面的尾流中产生脉动的压力，设在柱体内部（或后面）的检测探头受到这种微小的脉动压力的作用，使埋设在探头内的压电晶体元件受到交变应力而产生交变电荷信号。检测放大器将交变电荷信号进行变换、放大、滤波和信号整形处理后，输出频率与旋涡分离频率相同的电流（或电压）脉冲信号。流量计输出的每一个脉冲将代表一定体积的被测流体。一段时间内的输出总脉冲数，将代表这段时间内流过流量计的流体总体积。

二、主要参数及技术指标

1、 使用条件及技术参数

环境温度：-40℃～55℃；  相对湿度：5%～90%；

大气压力：86～106kPa；

被测流体是单相流体或可以认为是单相的流体；

流量计上下游有符合表1规定的直管段。

表1 仪表安装的直管段要求（D为管道内径）                       

表1

2、 技术参数

公称通径：25～300mm；              公称压力：2.5MPa、4.0MPa；

测量介质：液体、气体、蒸气；       精度等级：1.0级；

介质温度：-40℃～+320℃；          重复性：≤0.2%；

线性度：≤±1.0%；                 本体材质：1Cr18Ni9Ti；

连接方式：法兰卡装式；             负载电阻：最大负载电阻不超过350Ω

供电电源：24VDC；                  输出信号：电流脉冲；

流量范围：见表2及其说明A与B

表2  LUGB系列流量计范围表                                        表2

注1：表2中所列流量范围是在下述状态下标定的：

对于气体是在温度为0℃，1个标准大气压下的空气（ρ0=1.293kg/m3）；

对于液体是为4℃的水（ρ0=1000kg/m3）；

对于蒸汽是绝对压力为0.4Mpa的干饱和蒸汽（ρ0=2.1628kg/m3）；

当介质条件不是上述条件或用于其它介质时，流量计的流量范围受到密度和粘度影响。此时，流量范围按以下方法确定：

说明：A、下限流量：

（1） 可根据表2给出的下限流量Qmin，基准介质密度ρ0（气体ρ0=1.293kg/m3；液体ρ0=1000kg/m3；蒸汽ρ0=2.1628kg/m3）和使用介质密度ρ，按下式计算不同使用介质密度下限流量Qminρ；

Qminρ=Qmin ρ0/ρ（m3/h）

（2） 可根据使用介质的运动粘度ν，按下式计算粘度下限流量Qminν

Qminν=6νD ×104（m3/h）

式中：D——管道内径（mm） ν——运动粘度(m2/s)

比较Qminρ和Qminν，其中取数值较大的一个作为该型号流量计在该种介质使用时的下限流量。

说明：B、上限流量

各种不同介质的使用上限流量如表2所示。一般情况下，液体的上限流速为6m/s；气体或蒸汽的上限流速为45m/s。

注2：智能涡街流量计的阻力系数Cd=2.2：流量计在不同的流量下的阻力损失可按下式计算：

式中：△P——阻力损失（Pa）

      ρ——介质密度（kg/ m3）

       V——管内平均流速（m/s）

注3：使用介质为液体时，为防止气化和气蚀，应使流量计处的流体压力P满足下式要求：

P＞2.6△P+1.25Ps

式中：△P——压力损失计算值；

      Ps——与工作温度对应的该液体的饱和蒸汽压(kPa)；

      P——流体压力（kPa）

图二 传感器的结构图

1、盖子；2、外接导线端子；3、外接导线引出孔；4、探头引线；5、放大器壳体；6、放大器线路板；7、压紧螺塞；8、钢垫圈；9、橡胶密封垫；10、支承杆；11、锁紧螺母；12、M6内六角螺栓；13、垫圈φ6；14、流通本体；15、旋涡发生体（△柱或T形柱）；16、上游工艺管道；17、M5内六角螺栓；18、垫圈φ5；19、探头；20、密封垫圈；21、石棉橡胶垫圈；22、凹面安装法兰；23、双头螺栓螺母；24、下游工艺管道。