涡街流量计的原理及结构组成

结构组成

涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。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。

（ 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。三角柱形旋涡发生体是应用广泛的一种，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。

（ 2 ）检测元件

涡街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）可以构成不同类型涡街流量计。

（ 3 ）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。

（ 4 ）仪表表体

仪表表体可分为夹持型和法兰型。

工作原理 

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图(一)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 V，旋涡发生体迎流面宽度为 d，表体通径为 D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式:

f=StV/d   公式(1)

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St－斯特罗哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速

d－旋涡发生体的宽度

由此可见，通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。其中,斯特罗哈尔数（St）是无因次未知数，图（二）表示斯特罗哈尔数（St）与雷诺数（Re）的关系。

在曲线表中 St＝0.17 的平直部分，漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量传感器测量范围度。只要检测出频率 f 就可以求得管内流体的流速，由流速 V 求出体积流量。所测得的脉冲数与体积量之比，称为仪表常数（K），见式（2）

K＝N/Q（1/m3）   公式（2）

式中：K＝仪表常数（1/m3）。

N＝脉冲个数

Q＝体积流量（m3）