智能(neng)渦街流量(liàng)計工作原(yuán)理與結構(gou)
1. 工作原理(li)
　　智能渦街(jiē)流量計是(shì)在流體中(zhong)設置旋渦(wo)發生體（阻(zǔ)流體），從旋(xuan)渦發生體(tǐ)兩側交替(tì)地産生有(you)規則的旋(xuan)渦，這種旋(xuan)渦稱爲卡(ka)曼🙇🏻渦街，如(rú)圖1所示⚽。旋(xuan)渦列在旋(xuán)渦發生體(tǐ)下遊非對(dui)稱地排列(liè)。設旋渦的(de)發生頻㊙️率(lǜ)爲f，被測介(jiè)質來流的(de)平均速✌️度(du)爲U，旋渦發(fa)生體迎面(miàn)寬度爲👨‍❤️‍👨d，表(biǎo)體通徑爲(wei)D，根據卡曼(man)渦街原理(li)，有如下關(guān)系式
f=SrU1/d=SrU/md （1）
式中(zhong)U1--旋渦發生(sheng)體兩側平(ping)均流速，m/s；
Sr--斯(sī)特勞哈爾(ěr)數；
m--旋渦發(fa)生體兩側(cè)弓形面積(ji)與管道橫(heng)截面面積(ji)之❗比

管道(dào)内體積流(liú)量qv爲
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)
式中(zhong) K--流量計的(de)儀表系數(shu)，脈沖數/m3（P/m3）。
　　K除(chú)與旋渦發(fā)生體、管道(dào)的幾何尺(chi)寸有關外(wai)，還與斯特(tè)勞哈爾數(shu)有關。斯特(te)勞哈爾數(shù)爲無量綱(gang)參數，它與(yǔ)旋渦發生(shēng)體形狀及(jí)雷👣諾數有(you)關，圖2所示(shi)爲圓柱🌈狀(zhuàng)旋渦發生(shēng)體的斯特(te)勞哈爾數(shu)與管道雷(léi)諾數的👉關(guan)系圖。由圖(tú)可見，在ReD=2×104～7×106範(fàn)圍内，Sr可視(shì)爲常數，這(zhè)是儀表正(zhèng)常工作範(fan)圍。當測量(liàng)氣體流量(liàng)時，VSF的流量(liàng)計算式爲(wei)

　　圖2 斯特勞(láo)哈爾數與(yǔ)雷諾數關(guan)系曲線式(shi)中 qVn，qV--分别爲(wèi)标準狀✨态(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工(gōng)況下的體(ti)積流量，m3/h；
Pn，P--分(fen)别爲标準(zhun)狀态下和(hé)工況下的(de)絕對壓力(lì)，Pa；
Tn，T--分别爲标(biao)準狀态下(xia)和工況下(xià)的熱力學(xué)溫度，K；
Zn，Z--分别(bié)爲标準狀(zhuàng)态下和工(gōng)況下氣體(tǐ)壓縮系數(shù)。
　　由上式可(kě)見，VSF輸出的(de)脈沖頻率(lü)信号不受(shou)流體物性(xing)和組分變(biàn)化的影響(xiǎng)，即儀表系(xi)數在一定(ding)雷諾數範(fan)✉️圍内🏃‍♀️僅與(yu)旋渦🎯發生(sheng)體及管道(dao)的形狀尺(chi)寸等有關(guān)。但是作🧑🏽‍🤝‍🧑🏻爲(wei)流量計在(zài)物🌏料平衡(héng)及能源計(jì)量中需檢(jiǎn)測質量流(liú)量，這時流(liú)量計的輸(shu)🛀🏻出信号應(ying)同時監測(ce)💘體積流量(liàng)和流體密(mì)度，流🧡體物(wù)性和組分(fen)對流量計(jì)🌍量還是有(yǒu)直接影響(xiang)的。
2. 結構
　　VSF由(you)傳感器和(hé)轉換器兩(liǎng)部分組成(chéng)，如圖3所示(shi)。傳感器包(bāo)括旋渦發(fa)生體（阻流(liú)體）、檢測元(yuán)件、儀表表(biao)體等；轉換(huàn)器❤️包括前(qián)置放大器(qi)、濾波整形(xíng)電路、D／A轉換(huan)電路、輸出(chu)接口👅電路(lu)、端子、支架(jià)和防護罩(zhao)等。近年來(lái)智能式流(liú)量計還💋把(ba)微處理器(qi)、顯示通訊(xun)及其他功(gōng)能模塊亦(yi)裝在轉換(huàn)器内。

圖3 渦街流(liu)量計
（1）旋渦(wō)發生體
　　旋(xuán)渦發生體(tǐ)是檢測器(qì)的主要部(bu)件，它與儀(yi)表的流量(liàng)特性（儀表(biǎo)系數、線性(xing)度、範圍度(dù)等）和阻力(lì)特性（壓力(li)損失）密切(qiē)相關，對🥵它(tā)的要求如(ru)下。
1） 能控制(zhì)旋渦在旋(xuan)渦發生體(tǐ)軸線方向(xiàng)上同步分(fèn)離；
2） 在較寬(kuan)的雷諾數(shu)範圍内，有(you)穩定的旋(xuan)渦分離點(diǎn)，保持恒定(dìng)的斯特勞(láo)哈爾數；
3） 能(neng)産生強烈(liè)的渦街，信(xìn)号的信噪(zào)比高；
4） 形狀(zhuàng)和結構簡(jian)單，便于加(jiā)工和幾何(he)參數标準(zhǔn)化，以及各(gè)種檢測元(yuán)件的安裝(zhuang)和組合；
5） 材(cai)質應滿足(zú)流體性質(zhì)的要求，耐(nai)腐蝕，耐磨(mó)蝕，耐溫度(du)變化📧；
6） 固有(you)頻率在渦(wo)街信号的(de)頻帶外。
　　已(yi)經開發出(chu)形狀繁多(duo)的旋渦發(fā)生體，它可(kě)分爲單旋(xuán)渦發生✨體(ti)和多旋渦(wo)發生體兩(liang)類，如圖4所(suǒ)示。單旋渦(wō)發🔞生體的(de)基本形☎️有(yǒu)圓✊柱、矩形(xíng)柱和三角(jiao)柱，其他形(xíng)狀皆爲這(zhe)些❤️基本形(xíng)的變形💁。三(san)角柱形旋(xuán)渦發生體(ti)是應用最(zui)廣泛的一(yī)種，如圖5所(suo)示。圖中📞D爲(wèi)儀表口🐕徑(jing)。爲提高渦(wo)街強度和(hé)穩定性，可(kě)采用多旋(xuán)渦發生🔞體(ti)，不過它的(de)應用并不(bu)普遍。

⑵智能(neng)渦街流量(liàng)計檢測元(yuan)件
流量計(jì)檢測旋渦(wo)信号有5種(zhǒng)方式。
1） 用設(she)置在旋渦(wo)發生體内(nei)的檢測元(yuan)件直接檢(jian)測發生☁️體(tǐ)兩側差壓(ya)；
2） 旋渦發生(sheng)體上開設(she)導壓孔，在(zài)導壓孔中(zhōng)安裝檢測(ce)元件檢測(ce)發生體兩(liang)側差壓；
3） 檢(jiǎn)測旋渦發(fa)生體周圍(wéi)交變環流(liu)；
4） 檢測旋渦(wō)發生體背(bèi)面交變差(cha)壓；
5） 檢測尾(wei)流中旋渦(wō)列。
　　根據這(zhe)5種檢測方(fāng)式，采用不(bu)同的檢測(cè)技術（熱敏(mǐn)、超聲、應力(li)🆚、應變、電容(rong)、電磁、光電(diàn)、光纖等）可(ke)以構成不(bu)同類型的(de)VSF，如🤩表1所示(shi)。 表1 旋渦發(fa)生體和檢(jiǎn)測方式一(yi)覽表

⑶ 轉換(huàn)器
　　檢測元(yuán)件把渦街(jie)信号轉換(huàn)成電信号(hào)，該信号既(jì)微弱⭐又含(han)有不同成(cheng)分的噪聲(sheng)，必須進行(háng)放大、濾波(bo)、整形等☎️處(chu)理才能得(dé)出與流量(liang)成比例的(de)脈沖信号(hao)。
轉換器原(yuán)理框圖如(ru)圖6所示。

圖(tu)6 轉換器原(yuan)理框圖⑷ 儀(yí)表表體
儀(yi)表表體可(ke)分爲夾持(chí)型和法蘭(lan)型，如圖7所(suo)示。
　　智能渦(wo)街流量計(ji)主要存在(zài)的問題 主(zhu)要有：①指示(shì)長期不準(zhǔn)；②始終無指(zhǐ)示；③指示大(da)範圍波動(dòng)，無法讀數(shù)；④指示不🈲回(hui)零；⑤小流量(liang)時無指示(shi)；⑧大流量時(shi)指示還可(kě)以🈚，小流量(liàng)時指示㊙️不(bú)準；⑦流量變(bian)化時指示(shì)🛀🏻變化跟不(bú)上☁️；⑧儀表K系(xì)數無法确(què)定，多處資(zi)料均不一(yī)緻。
分析及(jí)解決方法(fa)
總結引起(qi)這些問題(ti)的主要原(yuan)因，主要涉(shè)及到以下(xia)方面：
1、選型(xíng)方面的問(wen)題。有些渦(wo)街傳感器(qi)在口徑選(xuǎn)型上或者(zhě)在設計選(xuan)型之後由(yóu)于工藝條(tiáo)件變動，使(shi)得選擇大(da)了―個規格(ge)，實際選型(xíng)應選擇盡(jin)可能小的(de)口徑，以提(ti)高測量精(jing)度，這方面(mian)的原因主(zhǔ)要同問題(tí)①、③、⑥有關。比如(ru)，一條渦街(jie)管線設計(ji)上供幾個(gè)設備🔴使用(yòng)，由于🈲工藝(yi)部分設備(bei)有時候不(bú)使用，造成(chéng)目前實際(jì)使用流量(liàng)減小，實💋際(jì)使用造成(cheng)原設✏️計選(xuǎn)型口徑過(guo)大，相當于(yú)提高了可(ke)測✌️的流量(liang)下限，工藝(yì)管道小流(liú)量時⛷️指示(shi)無法保證(zheng)，流量🌈大時(shí)還可以使(shi)用🍉，因📐爲如(ru)果要重新(xīn)改造有時(shi)候難度太(tài)大．工藝條(tiáo)件的變動(dong)隻是臨時(shi)的。可結合(he)參數的重(zhong)💯新整定以(yǐ)提高指示(shi)正确率。
2、安(ān)裝方面的(de)問題。主要(yào)是傳感器(qi)前面的直(zhí)管段長度(dù)🐆不⛱️夠🏃🏻‍♂️，影響(xiǎng)測量精度(du)，這方面的(de)原因主要(yào)同問題🈲①有(you)關。比如：傳(chuán)感器前☀️面(mian)直管段明(míng)顯不足，由(yóu)于FIC203不用于(yu)計量，僅僅(jǐn)用于控制(zhi)，故目前的(de)精度可以(yi)使用相✔️當(dāng)于降級使(shǐ)用。
3、參數整(zheng)定方向的(de)原因。由于(yu)參數錯誤(wù)，導緻儀表(biao)指示有💛誤(wù)．參數☔錯誤(wù)使得二次(cì)儀表滿度(du)頻率計算(suan)錯誤，這方(fang)面的原因(yin)主要同🔆問(wèn)題①、③有關。滿(mǎn)度頻率相(xiàng)差🚶不多的(de)使得指示(shi)長期不準(zhun)，實際滿度(dù)頻率大幹(gàn)計♍算的滿(man)度頻率的(de)使得指示(shi)大範圍波(bō)動，無法讀(du)數，而資料(liao)上參⭐數的(de)不一緻性(xing)又影響了(le)參數的最(zui)終⛷️确定，最(zuì)終通過重(zhong)新标定結(jie)合相互比(bi)較确定💯了(le)參🌈數，解決(jue)了這一問(wèn)題。
4、二次儀(yí)表故障。這(zhè)部分故障(zhàng)較多，包括(kuo)：一次儀表(biao)電路闆💋有(you)斷🏃🏻‍♂️線之處(chu)，量程設定(ding)有個别位(wèi)顯示壞，K系(xi)數設定有(yǒu)個别位顯(xian)示壞，使得(de)無法确定(dìng)量程設定(ding)以及K系數(shù)👈設定，這💃部(bù)分原因主(zhu)要向問題(ti)🎯①、②有關。通過(guò)修複相應(ying)的故障，問(wèn)題得以解(jiě)決🔴。
5、四路線(xiàn)路連接問(wèn)題。部分回(huí)路表面上(shàng)看線路連(lián)接很好，仔(zai)細檢查，有(you)的接頭實(shí)際已松動(dong)造成回路(lu)中斷，有👅的(de)接頭雖❄️連(lian)接很緊但(dàn)由于副線(xiàn)問題緊固(gù)螺釘卻緊(jin)固在了線(xian)皮上，也使(shǐ)得回路中(zhōng)🌏斷，這部分(fen)原因主要(yao)同問題②有(yǒu)關。
6、二次儀(yi)表與後續(xù)儀表的連(lian)接問題。由(you)于後續儀(yi)表的✉️問題(tí)或者由于(yu)後續儀表(biao)的檢修，使(shi)得二次儀(yi)表的mA輸出(chū)回路中斷(duàn)，對于這✨類(lèi)型的二次(cì)儀表來說(shuo)，這部分原(yuán)因主要同(tong)問題②有關(guān)。尤其是對(duì)♍于後續的(de)記錄儀，在(zai)記錄儀長(zhǎng)期損壞無(wú)法修複的(de)情🐕況下，一(yi)定要注意(yi)短接二次(ci)儀表的輸(shū)出。
7、由于二(èr)次儀表平(píng)軸電纜故(gù)障造成回(hui)路始終無(wú)指示🔱。由于(yú)長期運行(háng)，再加上受(shòu)到灰塵的(de)影響，造成(cheng)平軸電纜(lǎn)故障，通過(guò)清洗或者(zhě)更換平軸(zhou)電線，問題(tí)得以解決(jué)🐅。
8、對于問題(ti)⑦主要是由(you)于二次儀(yi)表顯示表(biǎo)頭線圈固(gu)🈲定螺絲松(song)，造成表頭(tou)下沉，指針(zhēn)與表殼摩(mo)擦大，動作(zuo)不靈，通過(guò)調整表頭(tou)并重新固(gu)定，問題相(xiang)應解決。
9、使(shǐ)用環境問(wen)題。尤其是(shi)安裝在地(dì)井中的傳(chuán)感器部分(fen)，由于環境(jing)濕度大，造(zao)成線路闆(pǎn)受潮，這部(bu)分原因🌈主(zhu)要✉️同問題(ti)①、②有關。通過(guò)相應的技(ji)改措施，對(duì)部分環👉境(jing)濕度大的(de)傳感器重(zhòng)新作了把(ba)探頭㊙️部分(fen)與轉換部(bu)分分離處(chu)理，改用了(le)分離型傳(chuan)感器，故善(shàn)了工作環(huán)境，日前這(zhe)‼️部分儀表(biǎo)運行良好(hǎo)。
10、由于現場(chǎng)調校不好(hǎo)，或者由于(yú)調校之後(hou)的實際情(qíng)況的⭕再變(biàn)🔴動。由于現(xian)場振動噪(zao)聲平衡調(diao)整以及靈(líng)敏度調整(zhěng)不好✊．或者(zhě)由于調整(zhěng)之後運行(háng)一段時間(jiān)之後現場(chang)情況的再(zai)變🌈動，造成(cheng)指示問題(tí)、這部分原(yuán)💘因主要同(tóng)問題④、⑤有關(guān)。使用示波(bo)器，加上結(jié)合工藝運(yun)行情況，重(zhong)新調整。

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