渦街流量計(jì)與轉(zhuǎn)子流量計(jì)的比較及應(yīng)用

一、引言
    在工業(yè)生產(chǎn)中，由于流量是一種重要的工藝參數(shù)，因此，流量計(jì)被廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷有新型流量計(jì)出現(xiàn)，渦街流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)就是其中的兩種。這兩種流量計(jì)在流量測(cè)量中占有較大比重，發(fā)揮著重要作用。但是，由于各自工作原理和結(jié)構(gòu)不同，如果選擇、使用不當(dāng)，這兩種流量計(jì)在實(shí)際使用過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。下面從工作原理和使用兩個(gè)方面對(duì)這兩種流量計(jì)進(jìn)行分析、比較。
    二、兩種流量計(jì)的工作原理
    1. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱浮子流量計(jì)，是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間形成的流通環(huán)隙面積來(lái)進(jìn)行測(cè)量的體積流量?jī)x表。
    轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量部分基本上由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管；另一個(gè)是放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。有時(shí)是采用錐形浮子和安裝在金屬管內(nèi)的孔板相互配合。工作時(shí)，被測(cè)流體（氣體或液體）由錐形管下端進(jìn)入，沿錐形管向上運(yùn)動(dòng)，流過(guò)轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙，再?gòu)腻F形管上端流出。當(dāng)流體流過(guò)錐形管時(shí)，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向上的力，使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于浸沒(méi)在流體里的轉(zhuǎn)子重力（即等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力）時(shí)，則作用在轉(zhuǎn)子上的上下兩個(gè)力達(dá)到平衡，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。假如被測(cè)流體的流量突然由小變大，作用在轉(zhuǎn)子上的力就加大，所以轉(zhuǎn)子就上升。當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時(shí)，轉(zhuǎn)子又穩(wěn)定在一個(gè)新的高度。這樣，轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低與被測(cè)介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)子平衡位置的高低采用磁耦合方式傳遞出來(lái)，然后通過(guò)放大器轉(zhuǎn)換成4～20mA輸出，這就是轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的基本原理。
    轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、反應(yīng)快、使用維護(hù)方便。主要適用于中小管徑、低流速和較低雷諾數(shù)的單相液體或氣體的中小流量測(cè)量。缺點(diǎn)是由于其浮子為可動(dòng)部件，當(dāng)流體流速超過(guò)一定值或介質(zhì)壓力不穩(wěn)時(shí)，浮子穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生振蕩。
    2. 渦街流量計(jì)可以用來(lái)測(cè)量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計(jì)量及節(jié)能管理中常用的新型流量?jī)x表。
    渦街流量計(jì)是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。在流體中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀物（圓柱或三角柱）作為漩渦發(fā)生體，如圖所示。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)在柱狀物的下游處產(chǎn)生如圖所示的兩列不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦，該漩渦渦列通常是不穩(wěn)定的。當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿足h/L=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的非對(duì)稱漩渦列才能達(dá)到穩(wěn)定，像這樣的漩渦渦列稱為卡曼渦列。
    由圓柱漩渦發(fā)生體形成的卡曼漩渦，其單列漩渦產(chǎn)生的頻率為f=St×v/d
    式中：f———單列漩渦產(chǎn)生的頻率，Hz；
             v———流體平均流速，m/s；
            d———圓柱直徑，m；
            St———斯特勞哈爾系數(shù)（當(dāng)雷諾數(shù)Re=5×102～1.5×1.5，St=0.2）。
    由上式可知，當(dāng)St近似為常數(shù)時(shí)，漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速成正比，測(cè)得f即可求得體積流量Q。
    渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。缺點(diǎn)是其中的漩渦頻率檢測(cè)傳感器容易受周圍其他振源的影響，產(chǎn)生誤差。
    三、兩種流量計(jì)應(yīng)用情況
    實(shí)例一，某公司新上三套流量測(cè)量設(shè)備，流量計(jì)選用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。投用伊始，流量計(jì)的轉(zhuǎn)子就時(shí)常出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備壓力波動(dòng)、防爆膜炸裂、設(shè)備停車、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。為解決這一問(wèn)題，儀表技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)工藝及流量計(jì)進(jìn)行了仔細(xì)分析和測(cè)試，最終找到了儀表不能正常工作的原因是由于被測(cè)介質(zhì)壓力不穩(wěn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子振蕩。針對(duì)壓力不穩(wěn)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振蕩這一問(wèn)題，技術(shù)人員決定采用無(wú)可動(dòng)部件的渦街流量計(jì)取代轉(zhuǎn)子流量計(jì)。將改進(jìn)后的系統(tǒng)投入使用，取得了十分滿意的效果。
    實(shí)例二，某公司使用若干臺(tái)渦街流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)流量，其中兩臺(tái)測(cè)量值誤差經(jīng)常比較大。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析研究發(fā)現(xiàn)，這兩臺(tái)流量計(jì)附近均有較強(qiáng)振動(dòng)源，振動(dòng)源振動(dòng)，導(dǎo)致渦街流量計(jì)漩渦檢測(cè)傳感器產(chǎn)生誤測(cè)。消除振動(dòng)源后，流量計(jì)工作正常。
    四、結(jié)束語(yǔ)
    從對(duì)這兩種流量計(jì)原理的分析以及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得到如下體會(huì)：
    1. 如果被測(cè)介質(zhì)壓力不穩(wěn)或流速較快，在選擇流量計(jì)時(shí)盡量選擇無(wú)可動(dòng)部件的流量?jī)x表，如轉(zhuǎn)子流量計(jì)，以免產(chǎn)生振蕩、損壞儀表、影響生產(chǎn)。
    2. 對(duì)于管路振動(dòng)較嚴(yán)重的場(chǎng)合，應(yīng)盡可能避免使用渦街流量計(jì)。