涡街流量计工作原理图
涡街流量计工作原理与结构
涡街流量计工作原理与构造1.工作原理在流体中设置旋涡发生体〔阻流体〕，从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1 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U,旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D,依据卡曼涡街原理，有如下关系式f=SrU1/d=SrU/md〔1〕式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；Sr--斯特劳哈尔数；m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比m = 1- 4 [ l-COT)2 + 曲气管壁xWWWWWX wwwwwx \ \\\\\\\\\\\ \\\\ \ \\\\\\\\w图1 卡曼涡街管道内体积流量qv 为qv= n D2U/4=n D2mdf/4Sr(2)K=f/qv=[ n D2md/4Sr]-1 (3)测定弔能范園0.3 ■ 藉度保证范圉0.2 ■ 0 1 ■ +式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3 ( P/m3K 除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。
斯 特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体外形及雷诺数有关，图 2 所示为圆柱 状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。
由图可见，在ReD=2<104 7X 106 范围内，Sr 可视为常数，这是仪表正常工作范围。
当测量气体流量 时，VSF 的流量计算式为pTn En f pin 2n’一 ⑷图 2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线式中 qVn, qV--分别为标准状态下(0oC 或 20oC, 101.325kPa )和工况下 的体积流量，m3/h ;Pn, P--分别为标准状态下和工况下确实定压力，Pa ；Tn , T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K ;Zn ，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
由上式可见，VSF 输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响， 即仪表系数在肯定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的外形尺寸等有关。
涡街流量计原理
在特定的流动条件下， 一部分流体动能转化为 流体振动，其振动频率 与流速（流量）有确定 的比例关系，依据这种 原理工作的流量计称为 流体振动流量计。
目前流体振动流量计有 三类：涡街流量计、旋 进（旋涡进动）流量计 和射流流量计。
涡街流量计外形图
流体振动流量计具有以下一些特点：
1）输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际体 积流量成正比，它不受流体组分、密度、压力、温度 的影响；
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 的VSF。
旋涡发生体和检测方式一览表
旋涡频率检测方法，大致分为两类： 一类是检测旋涡发生时流速变化，采用的元件有热丝、 热敏电阻、超声波探头等； 另一类是检测旋涡发生时压力变化，采用的检测元件有 压电元件、应变元件、膜片+压电、膜片+电容等。
70、80年代涡街流量计发展异常迅速，开发出众多 类型阻流体及检测法的涡街流量计，并大量生产投 放市场，像这样在短短几年时间内就达到从实验室 样机到批量生产过程的流量计还绝无仅有。
我国VSF的生产亦有飞速发展，全国生产厂达数十家， 这种生产热潮国外亦未曾有过。应该看到，VSF尚属 发展中的流量计，无论其理论基础或实践经验尚较差。 至今最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论，而此 理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞（均匀流场） 中实验得出的，它与封闭管道中具有三维不均匀流场 其旋涡分离的规律是不一样的。至于实践经验更是需 要通过长期应用才能积累。
2）测量范围宽，一般范围度可达10：1以上； 3）精确度为中上水平； 4）无可动部件，可靠性高； 5）结构简单牢固，安装方便，维护费较低； 6）应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸气。
1.1 涡街流量计简介
涡街流量计原理
涡街流量计是基于卡门涡街原理制成的一种流体振荡性流量计。
即在流动的流体中放置一个非流线型的对称形状的物体（涡街流量传感器中称之为漩涡发生体），就会在其下流两侧产生两列有规律的漩涡即卡门涡街，其漩涡频率正比于来流速度：[2] F＝Stu／d。
（1）式中F —涡街频率，d—漩涡发生体宽度，u—来流速度，St—斯特劳哈尔数。
St的值与漩涡发生体宽度d和雷诺数Re有关。
当雷诺数Re＜2×104情况下，St为变数：当Re在2×104～7×106的范围内，St值基本上保持不变，这段范围为流量计的基本测量范围。
式（1）表明，当d和St为定值时，漩涡产生的频率F与流体的平均流速u成正比，利用这一特性制成了涡街流量计。
由于涡街传感器所测的并不是平均流速，而大约是漩涡发生体两侧的流速。
[3]对于湍流状态，不同的雷诺数下，流速分布规律是不同的。
即不同的流速下具有不同的流速分布，进而说明了涡街流量传感器检测到的主要反映漩涡发生体两侧的流速与管道平均流速的关系不是唯一确定的。
这说明涡街流量传感器的非线性误差是其检测机理所决定的。
在实际使用时，先绘出传感器的仪表系数与频率的试验曲线f (F)。
K= f (F)=KG（F）。
（2）式中G（F）是同一口径的各台仪表相同的曲线形状（仅是位移不同）。
K是平均仪表系数。
在本文应用MCS一51单片机的智能涡街流量计中，通过将试验曲线形状G（F）事先固化于流量计的EPROM中，和让用户结合现场具体工况通过键盘输入K的值，实现涡街传感器的非线性修正。
涡街流量计原理
涡街流量计原理2007-12-24 01:33把一个非流线型阻流体（Bluff Body）垂直插入管道中，随着流体绕过阻流体流动，产生附面层分离现象，形成有规则的旋涡列，左右两侧旋涡的旋转方向相反。
这种旋涡称为卡门涡街。
根据卡门的研究，这些涡列多数是不稳定的，只有形成相互交替的内旋的两排涡列，且涡列宽度h与同列相邻的两旋涡的间距l之比满足 =0.281（对圆柱形旋涡发生体）时，这样的涡列才是稳定的。
生产旋涡分离的阻流体称为旋涡发生体。
涡街流量计是根据旋涡脱离旋涡发生体的频率与流量之间的关系来测量流量的仪表。
1．卡门涡街的产生与现象为说明卡门涡街的产生，我们来考虑粘性流体绕流圆柱体的流动．当流体速度很低时，流体在前驻点速度为零，来流沿圆柱左右两侧流动，在圆柱体前半部分速度逐渐增大，压力下降，后半部分速度下降，压力升高，在后驻点速度又为零．这时的流动与理想流体统流圆柱体相同，无旋涡产生，如图3—7a所示．随着来流速度增加，圆柱体后半部分的压力梯度增大，引起流体附面层的分离，如图3—7b所示．当来流的雷诺数Re再增大，达到40左右时，由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞，就在附面层的分离点S处产生一对旋转方面相反的对称旋涡．如图3－7c所示．在一定的留诺数Re范围内，稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比．图3－7 圆柱绕涡街产生示意图2．卡门涡街的稳定条件并非在任何条件下产生的涡街都是稳定的．冯·卡门在理论上已证明稳定的涡街条件是：涡街两列旋涡之间的距离为h，单列两涡之间距离为，若两者之间关系满足＝1或 h / ＝0. 281 （3－24）时所产生的涡街是稳定的。
3．涡街运动速度为了导出旋涡脱落频率与流速之间的关系，首先要得到涡街本身的运动速度．为便于讨论，我们假定在旋涡发生体上游的来源是无旋、稳定的流动，即其速度环量为零．从汤姆生定理可知，在旋涡发生体下游所产生的两列对应旋涡的速度环量，必然大小相等，方向相反，其合环量为零，由于对应两涡的旋向相反，速度环量大小相等，所以在整个涡群的相互作用下，涡街将以一个稳定的速度向上游运动．从理论计算可得．的表示式为＝tan h(3-25)对于稳定的涡街，将式（3－25）代入，有：= tan h(0. 281 )=(3-26)4．流体流速与旋涡脱落频率的关系从前面讨论可知，当流体以流速u流动时，相对于旋涡发生体，涡街的实际向下游运动速度为u－ur．如果单列旋涡的产生频率为每秒f个旋涡，那么，流速与频率的关系为u－ur =fl (3－27)将式(3－26)代入，可得到流速u与旋涡脱落频率f之间的关系．但是，在实际上不可能测得速度环量的数值，所以只能通过实验来确定来流速度u 与涡街上行速度ur之间的关系，确定因注形旋涡发生体直径d与涡街宽度h之间的关系，有：h＝1. 3d （3－28）ur＝0. 14u （3－29）将式（3－24），（3－27），（3－28），（3－29）联立，可得：f＝＝＝（3－29’）0. 2u / d也可将上式写成：St＝0.2 (3－30)St称为斯特罗哈数．从实验可知，在雷诺数Re为3×l02－3×l05范围内，流体速度u与旋涡脱落频率的关系是确定的．也就是说，对于圆柱形旋涡发生体，在这个范围内它的斯特罗哈数St是常数，并约等于0．2，与理论计算值吻合的很好．对于圆柱型式的旋涡发生体，其斯特罗哈数St也是常数，但有它自己的数值．图3－8为圆往型旋涡发生体产生的涡街结构．根据以上分析，从流体力学的角度可以判定涡街流量计测量的上下限流量为：Re ＝3×102－2×l05．当雷诺数更大时，圆柱体周围的边界层将变成紊流，不符合上述规律，并且将会是不稳定的．图3－8 涡街结构示意图5．流体振动原理当涡街在旋涡发生体下游形成以后，仔细观察其运动，可见它一面以速度u－ur平行于轴线运动，另外还在与轴线垂直方向上振动．这说明流体在产生旋涡的同时还受到一个垂直方向上力的作用．下面讨论这个垂直方向上力的产生原因及计算方法．同前讨论，假定来流是无旋的，根据汤姆生定律：沿封闭流动流线的环量不随时间而改变．那么，当在旋涡发生体右(或左)下方产生一个旋涡以后，必须在其它地方产生一个相反的环量，以使合环量为零．这个环量就是旋涡发生体周围的环流．根据茹科夫斯基的升力定理，由于这个环量的存在，会在旋涡发生体上产生一个升力，该升力垂直于来流方向．设作用在旋涡发生体每单位长度上的升力为L，有：L＝u（3－31）式中――流体密度；u――来流速度；――旋涡发生体的速度环量．从前面的讨论中可以得到以下关系，＝2 ur；ur=K1u；＝K2d ；将上述关系代入式(3—1)，并令系数K＝2 K1K2，则有：L＝Kdu2 (3－32)这就是作用在旋涡发生体上的升力．由于旋涡在旋涡发生体两侧交替发生，且旋转方向相反，故作用在发生体上的力亦是交替变化的．而流体则受到发生体的反作用力，产生垂直于铀线方向的振动，这就是流体振动的原理．从上述分析可以知道：交替地作用在旋涡发生体上升力的频率就是旋涡的脱落频率．通过检测该升力的变化频率，就可以得到旋涡的脱落频率，从而可得流体的流速值。
涡街流量计工作原理及常见故障处理
压 脉 冲信号 ， 或者 输 出 ４～ ０ Ａ ・ Ｃ标准 信号 。 ２ｍ Ｄ
图 ３中 Ｔ ３的门槛 电压 进 行 调整 ， 终 使 仪 表恢 复 Ｐ 最
正常。
３ 在 实 际应 用 中所 遇 问题 及 解 决 方 案
３ １ 涡街 流量 计 的管道 内无 液体 流动 。 ． 而显 示仪 表
有 流量 指示
３２ 变送 器或 传感 器始终 无输 出 ．
烷基 化管道 内颗 粒 ， 污物含 量有 时较 高 ， 涡街 而
物 理性 质变 化之 影响 。 根 据流体 流 动的连 续性 原理 ：
０＝ Ａ ｖ （） ２
小 。仪 表参数 能长 期稳定 。
２ 工 作 原 理
涡街 流量计是 基 于卡 门涡街原 理 制成 的一种 流
体振荡性 流量计 ， 测 量 原 理 如 图 １所 示 。 即在 被 其 测流体 中插 入一个 非 流 线 型 的对 称形 状 的物 体 （ 即
摘
要： 介绍了涡街流量计 工作 原理 ， 涡街 流量计 在兰州石化 公 司炼油厂 现场使用 中出现过 的一些 故障 ， 对 进行 了
分析与解 决 ； 并指 出了使用与维护 中应注意 的事项 。
关键 词 ： 涡街流量计 ； 障 ； 故 使用 ； 维护
中图 分 类 号 ：Ｈ １ Ｔ ８４
１ 概 况
非对称 的漩 涡列 即卡 门涡街 。其漩 涡 频率 正 比于 流
涡街流量计工作原理图
涡街流量计工作原理图涡街流量计的工作原理是在测量管中垂直插入一个柱状物时，流体通过柱状物两侧就交替产生投规律的漩涡（如图所示），这种漩涡就称之为卡门涡街，因此就叫做涡街流量计。
卡门涡街的释放频率与流动速度及柱状物的宽状有关。
涡街流量计原理图示涡街原理（图示）涡街流量计是利用卡门原理和压电技术制造的速度式流量计，传感器输出的频率值与管道中介质流速成正比：Q=3600F/K，F=f=Sr×V/d传感器压力损失：△P≤1.2ρV²式中：F———流量脉冲频率，Hz;V———管道内流体平均流速，m/s;d———漩涡发生体迎流面宽度，m;D———传感器壳体内径，m;Sr———施特劳哈尔数(无量纲);ρ———被测介质密度，kg/m3;QV———工况下的体积流量，m3/h;QG———工况下的质量流量，kg/h;K———涡街流量传感器仪表系数，N/m3。
仪表系数K是流过传感器单位体积流量所产生的脉冲个数n。
每台传感器的K值是经过计量检定装置检定后给出的值，并且是对传感器内所有几何尺寸和物理量进行系统检定。
K值大小随口径变化而变化，同口径K值较接近。
上海有恒测控UH-LUGB涡街流量计具有较宽的测量量程范围、精准度高、压损小，具有较高可靠性及长期稳定性。
机构简单全新外观设计包装，耐高温抗腐蚀性强。
安装维护安全方便，无可动部件、无机械磨损。
常用信号有脉冲或者模拟信号，抗干扰能力及信号强，是目前比较受欢迎的流量计之一。
涡街流量传感器特点1.量程范围涡街流量传感器量程在很小范围时，准确度可达0.5级或更高，量程范围增大，准确度下降。
用于气体计量，好的传感器在1.5级准确度时，量程比可达1∶20~1∶25，即流速为(3~75)m/s。
一般传感器量程比只有1∶8~1∶10。
2.重复性JJG198-1994《速度式流量计》检定规程规定，传感器每个流量点要检测3次，找出最大差值，取全量程所有检测点(一般有5~6个点)的最大差值为重复性，一般为0.2%或0.3%。
涡街流量计
气体测量上游段特殊情况前后直管段长度参考
上游段工艺管道情况 调节阀 不同平面的两个90度弯头 同一平面的两个90度弯头 球阀 一个90度弯头或T字型接头 同心渐扩管 同心渐缩管 加装整流器
结构
1、壳体 2、旋涡发生体 3、涡个数检测元器件 4、电信号处理
结构
漩涡频率的检测方法大致分为2种： 1、流速变化检测（热敏电阻） 2、压力变化检测（压电晶片）
间隙
压电晶片A 压电晶片B
阻尼塞
结构
密封垫片 间隙
绝缘体 漩涡发生体 阻尼塞
A B C
上压电晶片上导电压块 上压电晶片下导电压块 下压电晶片上导电压块
漩涡横向推力方向
检测：感觉．
（１）轻微振动：
处理：① 外部机械消振措施．如用橡胶 软接头，垫等消振．用支架固 定管道．如图所示．
橡胶软接头
橡胶软垫
2. 转换放大器的输出方式是否搞错?
无论是*CD,*E输出方式搞错均会导致无流量有信号. 一般表现为要求输出电流信号而给的却是脉冲.这是 因为脉冲输出方式静态电流约8mA左右.
缺点
1、怕振动。 2、流量下线死区较大。 3、易受外界电磁场干扰。
安装
1、前后直管段要求： ①液体：V≤10m/s
前≥10D , 后≥ 5D
②气体：前≥20D , 后≥ 1D
安装
2、避开振荡源。 3、远离大功率用电设备。 4、保证密封垫片同心度。 5、尽量加装旁通。 6、留有必要的维修空间。
漩涡流量计 常见故障的分析处理
涡街流量计知识
※涡街流量计原理
发展历史
河水流速 V
桥墩
漩涡
测量原理
※测量原理
在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从 旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡， 这种旋涡称为卡曼涡街，如下图所示。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U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体 通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系 式f=SrU/d
涡街流量计工作原理
涡街流量计工作原理
涡街流量计通过涡街发生器产生的涡街作用原理来测量流体的流量。
其工作原理如下：
1. 流体进入涡街流量计后，首先经过一个流体进口。
进口处通常设有一个圆锥形收缩管，用于引导流体进入流量计并形成一定的流速。
2. 流体进入流量计后，经过一个特殊设计的涡街发生器。
涡街发生器通常由一个金属材料制成的悬臂式挡板组成，在流体中产生周期性涡流。
3. 流过涡街发生器的流体会产生涡街效应，即流体会在挡板两侧交替产生旋涡。
4. 产生的旋涡将会在挡板后面形成一个交替出现的涡街，涡街的频率与流体的流速成正比。
5. 涡街后的流体继续通过一个涡街检测器，涡街检测器通常由一个传感器和一个电子设备组成。
6. 传感器通常采用霍尔元件或光电元件，用于检测涡街的旋涡频率。
7. 电子设备会根据传感器检测到的旋涡频率来计算流体的流速，然后根据管道的截面积计算出流体的流量。
8. 测量结果可以通过显示屏或输出接口展示，以便实时监测和记录流体的流量。
总的来说，涡街流量计通过检测涡街效应，并将涡街的频率转换成流体的流速，进而计算出流体的流量。
这种测量方法具有结构简单、精度高、可靠性好等优点，并广泛应用于工业流体流量测量领域。
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涡街流量计工作原理图
目录
壹
概述
贰 涡街流量计原理
叁
原理图示
肆 涡街流量计特点
涡街概述
概述 涡街流量计
——上海有恒测控提供
什么是涡街流量计
涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原 理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体 积流量、标况的体积流量或质量流量的体 积流量计。主要用于工业管道介质流体的 流量测量，如气体、液体、蒸汽等多种介 质。
涡街流量计原理
涡街流量计原理
原理
一
涡街流量计是利用卡门原理和压电技术制造的
速度式流量计，传感器输出的频率值与管道中
介质流速成正比：
Q=3600F/K， F= f = Sr × V/d
传感器压力损失：△P≤1.2ρV²
式中：F———流量脉冲频率，Hz;V———管道内流
二
体平均流速，m/s;d———漩涡发生体迎流面宽度，
涡街流量计特点
涡街流量计特点
⑦大特点
上海有恒测控提供
量程范围
涡街流量传感器量程在很小范围时，准确度可 达0.5级或更高，量程范围增大，准确度下降 。 用于气体计量，好的传感器在1.5级准确度 时，量程比可达1∶20~1∶25，即流速为 (3~75)m/s。 一般传感检定应在国家质检总局授 权的计量检定标准装置上，根据JJG10292007《涡街流量计》检定规程进行检定，在 量程范围内取5~6个流量点，检定线性误差 、重复性、平均仪表系数等指标。
感谢观看
m;D———传感器壳体内径，m;Sr———施特劳哈尔
数 (无量纲 );ρ———被测介质密度，
kg/m3;QV———工况下的体积流量 ，m3/h;QG——
—工况下的质量流量 ，kg/h;K———涡街流量传感
器仪表系数，N/m3。
涡街流量计原理
原理
三 仪表系数K是流过传感器单位体积流量所产生 的脉冲个数n。每台传感器的K值是经过计量检 定装置检定后给出的值。
维护Ⅱ
更换检测放大板不影响计量准确度等指标， 即使更换探头，在按照工艺要求的前提下， 也能保证技术指标。在检定周期内不需调整 、校准传感器的任何部件。
振动
涡街流量传感器是靠振动产生频率信号， 在 有强振动环境内，振动产生信号大于流体产生 信号，且检测放大板又无法消除振动信号时， 传感器不能准确计量，由于振动此传感器在无 流量时仍有频率输出， 此为涡街流量传感器 最大缺点。
稳定性
涡街流量传感器结构简单，没有磨损、 运动、位移部件，稳定性很好。 经过两 个检定周期(4年)后，其准确度、重复性 和仪表系数仍能达到出厂指标。
涡街流量计特点
⑦大特点
上海有恒测控提供
维护Ⅰ
传感器的探头是将涡流的压力信号转换成电信 号(频率信号)， 检测放大板是将探头的频率 信号整形成脉冲信号，与探头频率等值送出到 显示仪表。
重复性
JJG198-1994《速度式流量计》检定规程 规定，传感器每个流量点要检测3次，找 出最大差值，取全量程所有检测点(一般 有5~6个点)的最大差值为重复性，一般为 0.2%或0.3%。
压损
涡街流量传感器压力损失很小，例如：当 饱和蒸汽压力为0.6MPa、流速为30m/s时， 其压力损失为3963.7Pa。
四 并且是对传感器内所有几何尺寸和物理量进行 系统检定。K值大小随口径变化而变化，同口 径K值较接近。
涡街原理图
原理图示
原理图
上海有恒测控UH-LUGB涡街流量计具有较 宽的测量量程范围、精准度高、压损小，具 有较高可靠性及长期稳定性。机构简单全新 外观设计包装，耐高温抗腐蚀性强。安装维 护安全方便，无可动部件、无机械磨损。常 用信号有脉冲或者模拟信号，抗干扰能力及 信号强，是目前比较受欢迎的流量计之一。