渦街流量計(jì)與旋進(jìn)流量計(jì)的比較研究

1 引言

流量計(jì)是測(cè)量流體流量的儀器，在石油、化工、電力、冶金、采礦、食品、輕工等很多工業(yè)生產(chǎn)過程中，都有對(duì)流體流速的測(cè)量，在應(yīng)用zui廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，流量?jī)x表是過程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類之一，在工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要。人們對(duì)流量計(jì)量測(cè)試技術(shù)的要求越來越高促使流量技術(shù)也在迅速發(fā)展著，各種適合于不同環(huán)境的流量計(jì)也應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)在使用較為廣泛的流量計(jì)有：差壓式孔板流量計(jì)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)，渦街流量計(jì)，容積式流量計(jì)，電磁流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)，超聲波流量計(jì)等等。我們今天主要介紹渦街與旋進(jìn)流量計(jì)，雖然旋進(jìn)流量計(jì)和渦街流量計(jì)都是基于流體力學(xué)而設(shè)計(jì)的流量計(jì)，但他們結(jié)構(gòu)與原理是有區(qū)別的適應(yīng)范圍也是不同的。

2 渦街流量計(jì)的工作原理

渦街流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，它是以質(zhì)量守恒為基礎(chǔ)，利用流體自然震蕩的原理制成的一種漩渦分離的流量計(jì)，它又稱為漩渦流量計(jì)和卡門漩渦流量計(jì)。在流體中設(shè)置漩渦發(fā)生體即阻流體，從漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替的產(chǎn)生有規(guī)則的漩渦，這種漩渦稱為卡曼渦街，渦列的個(gè)數(shù)或者說頻率和流速成正比。因而通過測(cè)量渦街頻率就可知道流體的流速，從而計(jì)算出流體的流量。渦街流量計(jì)的漩渦發(fā)生體有很多種，大量使用的有圓柱，三角形，矩形等。圓柱形壓力損失小但漩渦強(qiáng)度低，矩形漩渦強(qiáng)度大，但壓力損失也大；三角形壓力損失一般，但漩渦強(qiáng)度大，所以三角形發(fā)生體在實(shí)際中有著廣泛地應(yīng)用。渦街流量計(jì)檢測(cè)方法有利用伴隨漩渦分離的物理效應(yīng)，可以采用熱敏、力敏元件或通過光、聲調(diào)制方法等來檢測(cè)漩渦分離頻率。至今用于檢測(cè)分離頻率的方法和采用的元件是多種多樣的，歸納起來有以下幾種方法：

（1）熱敏元件檢測(cè)方法，漩渦分離產(chǎn)生的交變環(huán)流所引起的整體表面速度脈動(dòng)或者交變橫向流的頻率，用加熱的金屬絲、熱敏電阻器進(jìn)行檢測(cè)；

（2）力敏元件檢測(cè)方法，漩渦分離造成的交變差壓、交變升力或者交變升力引起的機(jī)械振動(dòng)，用差動(dòng)電容、電阻應(yīng)變片、壓電晶體、壓電陶瓷等檢測(cè)；

（3）電磁傳感器檢測(cè)方法漩渦的分離所引起的膜片或者梭球等的往復(fù)振動(dòng)的頻率，用電磁傳感器檢測(cè)；

（4）聲、光信號(hào)調(diào)制檢測(cè)方法利用聲束光束通過渦街時(shí)受到漩渦的調(diào)制，由接收聲強(qiáng)光強(qiáng)或相位的脈動(dòng)頻率得到漩渦分離頻率。

3 旋進(jìn)流量計(jì)的工作原理

旋進(jìn)流量計(jì)也稱為旋進(jìn)式渦街流量計(jì)，它是利用流體強(qiáng)迫震蕩的原理，當(dāng)流體進(jìn)入測(cè)量管時(shí)通過螺旋導(dǎo)流架后，形成一股具有旋進(jìn)中心的渦流，隨著管徑內(nèi)腔的收縮，使渦流速度和渦流前進(jìn)速度都加強(qiáng)，在此區(qū)域內(nèi)的流體中心是藝術(shù)速度很高的漩渦流，沿著測(cè)量管的中心線運(yùn)動(dòng)，到熱敏電阻時(shí)，由于測(cè)量管內(nèi)腔突然擴(kuò)大，流速急劇減少，一部分流體形成回流，于是流體不沿著測(cè)量管內(nèi)腔中心線運(yùn)動(dòng)，而圍繞中心線旋轉(zhuǎn)，即所謂旋進(jìn)，旋進(jìn)頻率與流速成正比，因而測(cè)得旋進(jìn)頻率即可測(cè)得流速。