渦街流量計是一種常用的流量測量?jì)x表，它能夠對各種流體介質(zhì)的流量進(jìn)行測量，廣泛應用于石油、化工、冶金、水處理等行業(yè)。渦街流量計的工作原理是基于渦街效應的，它利用介質(zhì)流動(dòng)時(shí)的渦街運動(dòng)來(lái)進(jìn)行流量測量。本文將深入介紹渦街流量計的內部構造和工作原理，以便更好地理解它的工作原理。

一、工作原理

在流體中設置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側交替地產(chǎn)生有規則的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來(lái)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，根據卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式

f=SrU1/d=SrU/md   （1）式中             

U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速，m/s；

Sr--斯特勞哈爾數；

m--旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比

圖1 卡曼渦街

管道內體積流量qv為

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr   (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1   (3)

式中K--流量計的儀表系數，脈沖數/m3（P/m3）。

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數為無(wú)量綱參數，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系圖。由圖可見(jiàn)，在ReD=2×104～7×106范圍內，Sr可視為常數，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時(shí)，VSF的流量計算式為

圖2 斯特勞哈爾數與雷諾數關(guān)系曲線(xiàn)

式中 qVn，qV--分別為標準狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；

Pn，P--分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；

Tn，T--分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；

Zn，Z--分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數。

由上式可見(jiàn)，VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計的輸出信號應同時(shí)監測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。

二、結構

VSF由傳感器和轉換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來(lái)智能式流量計還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉換器內。

圖3 渦街流量計

（1）旋渦發(fā)生體

旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系數、線(xiàn)性度、范圍度等）和阻力特性（壓力損失）密切相關(guān)，對它的要求如下。

1）能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線(xiàn)方向上同步分離；

2）在較寬的雷諾數范圍內，有穩定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數；

3） 能產(chǎn)生強烈的渦街，信號的信噪比高；

4） 形狀和結構簡(jiǎn)單，便于加工和幾何參數標準化，以及各種檢測元件的安裝和組合；

5） 材質(zhì)應滿(mǎn)足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化；

6） 固有頻率在渦街信號的頻帶外。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類(lèi)，如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應用*廣泛的一種，如圖5所示。圖中D為儀表口徑。為提高渦街強度和穩定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過(guò)它的應用并不普遍。

d/D=0.2～0.3;c/D=0.1～0.2;

b/d=1～1.5;θ=15o～65o

⑵ 檢測元件

流量計檢測旋渦信號有5種方式。

1）用設置在旋渦發(fā)生體內的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側差壓；

2）旋渦發(fā)生體上開(kāi)設導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側差壓；

3）檢測旋渦發(fā)生體周?chē)蛔儹h(huán)流；

4）檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓；

5） 檢測尾流中旋渦列。

根據這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)（熱敏、超聲、應力、應變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構成不同類(lèi)型的VSF，如表1所示。

表1 旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表

檢測元件把渦街信號轉換成電信號，該信號既微弱又含有不同成分的噪聲，必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。

⑶ 轉換器

不同檢測方式應配備不同特性的前置放大器，如表2所列。

⑷ 儀表表體

儀表表體可分為夾持型和法蘭型，如圖7所示。

圖7 儀表表體