一、工作原理

在流體中設置旋渦發生體（阻(zǔ)流體），從(cóng)旋渦(wō)發生體兩(liǎng)側交替地産生有規則的旋渦，這種旋渦稱爲(wèi)卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發生體下遊非對稱地排列。設旋渦(wō)的發生頻率爲f，被測介質來流的平均速度爲U，旋渦(wō)發生體迎面寬度爲d，表體通徑爲D，根據卡曼渦(wō)街原理，有如下關系式

f=SrU1/d=SrU/md （1）式(shì)中

U1--旋(xuán)渦發生體兩側平均流速，m/s；

Sr--斯特(tè)勞哈爾數；

m--旋渦發生體兩側弓形面積與管道(dào)橫截面面積之(zhī)比

圖1 卡曼渦街

管道内體積流量qv爲

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)

式中K--流量(liàng)計的儀表系數，脈沖數/m3（P/m3）。

K除與旋渦發生體、管道的幾何尺(chǐ)寸有關外，還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞(láo)哈爾數爲無量綱參數，它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關(guān)，圖2所示爲圓柱狀(zhuàng)旋渦發生體的斯特勞哈爾(ěr)數與管(guǎn)道雷(léi)諾數的關系(xì)圖。由(yóu)圖可見，在ReD=2×104～7×106範圍内，Sr可視爲常(cháng)數，這是儀表正常工作範圍。當測量氣體流量時，VSF的流(liú)量(liàng)計算式爲

圖2 斯特(tè)勞哈爾數與(yǔ)雷諾(nuò)數關(guān)系曲(qǔ)線

式中qVn，qV--分别爲(wèi)标準狀态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；

Pn，P--分别爲标準狀态下和(hé)工(gōng)況下的絕對壓力，Pa；

Tn，T--分别爲标準狀态下和工況下的熱力學溫度，K；

Zn，Z--分别爲标準狀态下和工(gōng)況下氣體壓縮系數。

由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信号不受(shòu)流體物性(xìng)和組分變化的影響，即儀表系數在一定雷諾數範圍内(nèi)僅與旋渦發生體及管道(dào)的形狀尺寸等有關。但是作爲流量計在物料平衡(héng)及能源計(jì)量中需檢測質量流量，這時流量計(jì)的(de)輸出信号應同(tóng)時監測(cè)體積流量和流體密度，流體物性和組分(fèn)對流量計量還是有直接影(yǐng)響的。

二、結構(gòu)

VSF由傳感器(qì)和轉換器兩部分組成，如(rú)圖3所示。傳感器包(bāo)括旋渦發生體（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(zhuǎn)換電路、輸出接口電(diàn)路、端子、支架和防護罩等。近年來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(huàn)器内。

圖3 渦街流量(liàng)計

（1）旋渦發生體

旋渦發生體是檢測(cè)器的主要部件，它(tā)與儀表的流(liú)量特性（儀表系數、線性(xìng)度(dù)、範圍度等(děng)）和阻(zǔ)力特性（壓力損失(shī)）密切相關，對它的(de)要求如下。

1）能控(kòng)制旋渦在旋渦發生體軸線方向上同步分離；

2）在較寬的雷諾數範圍内，有穩定的旋渦(wō)分離點，保持恒定的斯特勞哈爾數；

3）能産生強烈的渦街，信(xìn)号的信噪比高；

4）形狀和結構簡單，便于加工和幾何參數标準化，以及各種檢(jiǎn)測元件(jiàn)的安(ān)裝和組合；

5）材質應滿(mǎn)足流體性質的(de)要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變(biàn)化；

6）固有頻率在渦街信号的頻帶外。

已經開發出形(xíng)狀(zhuàng)繁(fán)多的(de)旋渦發生體，它可分爲單(dān)旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生(shēng)體兩類，如圖4所示(shì)。單旋渦發生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其(qí)他形狀皆爲這些基本形的變形。三角(jiǎo)柱形旋渦發生體是應用最廣(guǎng)泛的一種，


如圖5所示。

圖中D爲儀(yí)表口徑。爲提高渦街強(qiáng)度(dù)和穩定性，可采用多旋渦發生體(tǐ)，不過它的應用并(bìng)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(jì)檢測旋渦(wō)信号有5種方式。

1）用設置在旋渦發生體内(nèi)的檢測元件(jiàn)直接檢(jiǎn)測發生體(tǐ)兩側差壓；

2）旋(xuán)渦發生體上開設導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件檢測(cè)發生體兩側差壓；

3）檢測旋渦發生體周圍交變環流；

4）檢測旋渦發生體背面交(jiāo)變差壓；

5）檢測尾流中旋渦列(liè)。

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

表1 旋渦(wō)發生體和檢測方(fāng)式一(yī)覽表

檢測(cè)元件把渦街信号轉(zhuǎn)換成電信号，該信号(hào)既(jì)微弱又含有(yǒu)不同成分的噪聲，必須進行放大、濾(lǜ)波、整形等處理才能得出(chū)與流量成(chéng)比例的脈沖信号。⑶ 轉(zhuǎn)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(kě)分爲夾持型和法蘭型，如圖7所(suǒ)示。

圖(tú)7 儀表表體

三、安裝注意事(shì)項

VSF屬于對(duì)管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計，因(yīn)此，對現場管道安裝條件應充分重視，遵照生(shēng)産廠使用說明書的要求執行。

VSF可安(ān)裝在室(shì)内或室外。如果安裝在(zài)地井裏，有(yǒu)水淹的可能，要選用涎(xián)水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂(chuí)直或傾斜安裝(zhuāng)，但測量液體和氣體(tǐ)時爲防止氣泡和液滴的幹擾，安裝(zhuāng)位置(zhì)要注意，如圖16所示。

圖16 混相流體的安裝

（a）測量含液(yè)體的氣體流量儀表安裝；