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渦街流量計的應用問題
一、渦街流量計的原理
1、渦街流(liu)(liu)量(liang)計(ji)的測量(liang)原理(li)在于：卡門渦街的漩渦個數與(yu)流(liu)(liu)量(liang)呈簡(jian)單的線(xian)性正比關系，通過對卡門渦街的漩渦計(ji)數，即可得到(dao)流(liu)(liu)量(liang)。
2、流量計銘牌(pai)上給出的(de)儀表系數的(de)含義在于：？？個漩渦＝1m3。
二、渦街流量計的原理特點
1、在寬(kuan)廣(guang)的雷諾數(shu)范圍之內(nei)，儀表系(xi)數(shu)不變，構建高精度的基礎，因此：
（1）可氣(qi)液通(tong)用
（2）無需實液標定：采用任何可測流體標定結果，可直接用于實際測量，無需修正(zheng)
（3）無需對流體特性進行修正，即(ji)可(ke)高(gao)精度(du)測得(de)工況體積流量(liang)。
2、量(liang)程比僅限于(yu)雷(lei)諾數范圍以及精度等級的要(yao)求，可實現數百(bai)比一的量(liang)程比
3、數字式原理，可獲得極低的(de)重復性誤差
4、低壓力損失(shi)，具備優良的節能效力
三. 渦街流量計的構成
1、流(liu)通管(guan)（流(liu)量計本體(ti)）及渦街發生體(ti)——用于產(chan)生穩(wen)定度最高的(de)兩列交差排列的(de)漩渦列，即(ji)卡(ka)門渦街。
2、傳感器——將漩渦轉換成電信號.
3、信號(hao)處理(li)(li)系統——對傳感器信號(hao)進行處理(li)(li)，剔除各類干擾信號(hao)，識別出漩渦個數
4、信號(hao)的變送(song)部份——將流量信號(hao)變換(huan)為標準信號(hao)（如4~20mA、Hart、FF），向其他設備（如DCS）傳送(song)流量數據。
（渦(wo)街流(liu)量計(ji)的構成）
四. 渦街流量計的原理性限制：
1、必(bi)須能產(chan)生卡門(men)渦街(jie)，且(qie)斯特羅哈爾數(shu)的變化(hua)低于(yu)標稱的精度(du)等(deng)級。因此(ci)(ci)，流(liu)(liu)場必(bi)須為紊流(liu)(liu)場，即流(liu)(liu)體(ti)(ti)雷諾數(shu)須大于(yu)2300，因此(ci)(ci)限定渦街(jie)流(liu)(liu)量計(ji)不可(ke)用于(yu)黏稠液體(ti)(ti)。通常，對于(yu)粘(zhan)度(du)超過10cP的液體(ti)(ti)須核算(suan)雷諾數(shu)。
五. 渦街流量計實際產品的選用限制
1、振動干擾問題
（1）原理
a. 為保證傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器在工業現(xian)場應用中(zhong)必須的(de)耐(nai)污性能(neng)、耐(nai)高低溫性能(neng)、長期可靠穩定等重(zhong)要指標，曾經使用的(de)熱敏式(shi)、磁(ci)敏式(shi)、激光尾流檢測(ce)式(shi)、超聲(sheng)波尾流檢測(ce)式(shi)等方式(shi)被普遍(bian)放棄(qi)，采用力(li)敏方式(shi)進行旋渦重(zhong)復頻(pin)率的(de)檢測(ce)成為首選方式(shi)，卻因此導致傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器同時對機(ji)械振動(dong)敏感(gan)(gan)(gan)。
b. 工(gong)業現場無處不(bu)在(zai)的機械振動，在(zai)頻譜范(fan)圍(wei)、幅(fu)度特(te)性等方面與(yu)渦(wo)街(jie)信(xin)號無特(te)征差異，難以區分，并且，常與(yu)渦(wo)街(jie)信(xin)號共有侵(qin)入(ru)途徑。
c. 當(dang)流(liu)(liu)量(liang)信(xin)(xin)號(hao)(hao)降低到(dao)與(yu)振動干(gan)擾(rao)(rao)信(xin)(xin)號(hao)(hao)幅度相當(dang)時，渦街(jie)流(liu)(liu)量(liang)計將(jiang)干(gan)擾(rao)(rao)信(xin)(xin)號(hao)(hao)或干(gan)擾(rao)(rao)信(xin)(xin)號(hao)(hao)與(yu)流(liu)(liu)量(liang)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的混合信(xin)(xin)號(hao)(hao)誤識為流(liu)(liu)量(liang)信(xin)(xin)號(hao)(hao)，呈現(xian)數字信(xin)(xin)號(hao)(hao)特(te)有的“崩潰(kui)”現(xian)象，使得流(liu)(liu)量(liang)測量(liang)呈現(xian)極大誤差甚至還(huan)會連流(liu)(liu)量(liang)變化(hua)趨(qu)勢都不能(neng)反映，完全不能(neng)使用。
d. 由于(yu)漩渦升力的強(qiang)度(du)與(yu)(yu)流體(ti)流速的平(ping)方成正比，同(tong)時與(yu)(yu)流體(ti)密(mi)(mi)度(du)成正比，流速越(yue)低(di)、流體(ti)密(mi)(mi)度(du)越(yue)低(di)，流量(liang)信(xin)號越(yue)為微弱，振動干擾(rao)影響愈為強(qiang)烈。
e. 如(ru)欲測量(liang)(liang)低流(liu)速的(de)低壓氣(qi)體流(liu)量(liang)(liang)，渦街(jie)流(liu)量(liang)(liang)計的(de)傳感器靈敏(min)度(du)(du)必(bi)須與麥克風相(xiang)當，此時(shi)，即使是人已很難感受的(de)機械(xie)振動所產生的(de)干擾信號，強度(du)(du)往(wang)往(wang)已超過流(liu)量(liang)(liang)信號，致使測量(liang)(liang)失敗。
f. 渦(wo)街流(liu)量(liang)(liang)傳感器(qi)對機械(xie)振動(dong)(dong)敏感的問題，令其應(ying)用范(fan)圍大為減少，對于(yu)抗振能力低于(yu)0.5g的產品，在(zai)(zai)進行(xing)液體流(liu)量(liang)(liang)檢測時，如流(liu)量(liang)(liang)高(gao)于(yu)0.6m/s，振動(dong)(dong)不強烈，基本可以(yi)運行(xing)良好，而在(zai)(zai)進行(xing)氣體流(liu)量(liang)(liang)檢測時，常因氣體密度低，漩渦(wo)升力微弱(ruo)，低于(yu)15m/s的流(liu)量(liang)(liang)信號很容易(yi)淹(yan)沒在(zai)(zai)各(ge)類干(gan)擾之中，將難以(yi)識別(bie)。
（2）表現
a.零點不穩，無流量，有指示
不同(tong)于差(cha)壓(ya)式流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)、電磁(ci)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)、科氏力質量(liang)(liang)(liang)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)、超聲波(bo)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)等模擬式流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)，渦街(jie)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)原(yuan)始信號(hao)本源上是數字式，是通過識別(bie)漩(xuan)渦的(de)有無(wu)，進而(er)(er)對漩(xuan)渦進行(xing)計(ji)(ji)數得到流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)，單位時間(jian)內的(de)漩(xuan)渦數量(liang)(liang)(liang)代表瞬時流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)，因此小(xiao)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)對應(ying)的(de)渦街(jie)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)信號(hao)是低(di)頻(pin)信號(hao)，而(er)(er)非簡單的(de)小(xiao)信號(hao)，而(er)(er)振(zhen)動干擾卻未(wei)必是低(di)頻(pin)，通過小(xiao)信號(hao)截除的(de)方式基(ji)本不能消(xiao)除零點不穩。
（圖2：振動(dong)干擾下(xia)，半水煤氣總管“渦街(jie)信號”，管徑(jing)2200mm）
（圖3：高分辨率干擾信號頻譜識別及抑制系統從圖2信號中提取到的真正渦街信號，流速低至0.25-1m/s）
由于渦街信號的強度與流速的平方成正比關系，有效的處理方式是通過降低信號增益（即降低渦街流量計的靈敏度），將強度與干擾信號相當的流量信號與干擾信號一同舍棄，以保證零點的穩定，但將直接導致測量下限升高。
b.測量下限過高，有流量，無指示
為維(wei)持零(ling)點(dian)，須通(tong)過降低信(xin)(xin)(xin)號(hao)增益（即(ji)降低渦街流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)的(de)(de)靈敏度），將強度與干(gan)擾(rao)信(xin)(xin)(xin)號(hao)相當的(de)(de)流(liu)量(liang)(liang)(liang)信(xin)(xin)(xin)號(hao)與干(gan)擾(rao)信(xin)(xin)(xin)號(hao)一同舍棄，但是如果抗振動(dong)干(gan)擾(rao)的(de)(de)能力不(bu)足(zu)，很(hen)容易出現(xian)常用(yong)流(liu)量(liang)(liang)(liang)時(shi)的(de)(de)流(liu)量(liang)(liang)(liang)信(xin)(xin)(xin)號(hao)依舊弱于振動(dong)干(gan)擾(rao)信(xin)(xin)(xin)號(hao)，為維(wei)持零(ling)點(dian)抑(yi)制(zhi)干(gan)擾(rao)，導致(zhi)流(liu)量(liang)(liang)(liang)信(xin)(xin)(xin)號(hao)一并(bing)被抑(yi)制(zhi)，流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)測(ce)量(liang)(liang)(liang)下限超過實(shi)際(ji)流(liu)量(liang)(liang)(liang)，產生“有流(liu)量(liang)(liang)(liang)，無指示(shi)”的(de)(de)現(xian)象，致(zhi)使(shi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)失敗。
不同于差壓式儀表，限于卡門渦街穩定(ding)(ding)性的基(ji)本(ben)原理，以及產品(pin)國標中對(dui)于壓力(li)損(sun)失的限定(ding)(ding)，基(ji)本(ben)不能通(tong)過(guo)改(gai)變結構、尺寸(cun)來改(gai)善(shan)測(ce)量下限。
（典型的“有流量，無指示”現象）
c.測量誤差嚴重，甚至連流量變化的趨勢也不能反應
誤將振動干擾識別(bie)為渦街信號，流量(liang)計給出的示(shi)(shi)值正(zheng)比于(yu)干擾信號頻率，與實(shi)際流量(liang)無(wu)關，常表現為：流量(liang)變化(hua)，而示(shi)(shi)值不(bu)變，測量(liang)失敗。
誤(wu)將振動(dong)干擾信號(hao)與流(liu)(liu)量信號(hao)的(de)(de)混(hun)合信號(hao)識(shi)別為渦街(jie)信號(hao)，流(liu)(liu)量計(ji)給出(chu)的(de)(de)示值產(chan)生無(wu)法預(yu)計(ji)的(de)(de)誤(wu)差(cha)。常見(jian)的(de)(de)變現是：流(liu)(liu)量計(ji)示值劇烈波動(dong)。
（包絡線含流(liu)量信息(xi)，其他為(wei)干擾(rao)）
2、量程比問題
（1）選用渦街流量(liang)計的(de)重(zhong)要原因在(zai)于(yu)：優于(yu)差壓式流量(liang)計的(de)量(liang)程(cheng)比，而量(liang)程(cheng)比直(zhi)接來源于(yu)更(geng)低的(de)測量(liang)下限(xian)，以及(ji)更(geng)高(gao)的(de)測量(liang)上限(xian)。
a.抗振能力直接制約測量下限
小流(liu)量時渦(wo)街(jie)信號微弱(ruo)，極易與干(gan)擾(rao)(rao)混淆(xiao)，甚至(zhi)湮沒在(zai)干(gan)擾(rao)(rao)信號之中(zhong)(zhong)，提高抗干(gan)擾(rao)(rao)能力(li)是(shi)(shi)解決問(wen)題的(de)(de)唯(wei)一途(tu)徑。渦(wo)街(jie)流(liu)量計的(de)(de)干(gan)擾(rao)(rao)信號主要來源于(yu)(yu)機械振動及電(dian)磁干(gan)擾(rao)(rao)，其中(zhong)(zhong)，電(dian)磁干(gan)擾(rao)(rao)因其侵入(ru)途(tu)徑異于(yu)(yu)渦(wo)街(jie)信號，易于(yu)(yu)消除。（值得一提的(de)(de)是(shi)(shi)：由于(yu)(yu)特(te)定的(de)(de)背景(jing)環境，國產渦(wo)街(jie)流(liu)量計在(zai)抗電(dian)磁干(gan)擾(rao)(rao)方面普遍(bian)優于(yu)(yu)進口產品）而振動干(gan)擾(rao)(rao)因其侵入(ru)途(tu)徑、信號特(te)征與渦(wo)街(jie)信號相(xiang)同(tong)，難于(yu)(yu)分(fen)辨，渦(wo)街(jie)的(de)(de)干(gan)擾(rao)(rao)問(wen)題核心依(yi)舊是(shi)(shi)振動干(gan)擾(rao)(rao)。
影響渦街流(liu)量計測量精度(du)(du)的(de)斯特羅哈爾數(shu)的(de)穩定性受限(xian)于(yu)(yu)雷(lei)(lei)諾數(shu)，在現場(chang)，主要(yao)的(de)影響來源于(yu)(yu)流(liu)體(ti)粘度(du)(du)，而非流(liu)體(ti)密(mi)度(du)(du)、流(liu)速，擔心低密(mi)度(du)(du)、低流(liu)速氣體(ti)不能產生渦街的(de)想法是不正(zheng)確的(de)，對(dui)于(yu)(yu)大多數(shu)管徑的(de)工業管道，氣體(ti)因粘度(du)(du)極低，即(ji)使在極低流(liu)速（如0.2m/s），雷(lei)(lei)諾數(shu)依(yi)舊(jiu)遠超渦街流(liu)量計的(de)要(yao)求。低粘度(du)(du)液(ye)體(ti)因其高密(mi)度(du)(du)，也同樣易于(yu)(yu)滿(man)足(zu)渦街流(liu)量計對(dui)雷(lei)(lei)諾數(shu)的(de)要(yao)求。
b.傳感器強度及信號處理系統帶寬制約測量上限
由于漩渦(wo)升(sheng)(sheng)力(li)與流(liu)(liu)體流(liu)(liu)速(su)的(de)平方(fang)呈正比，隨流(liu)(liu)速(su)升(sheng)(sheng)高，渦(wo)街(jie)流(liu)(liu)量計傳感(gan)器受力(li)急劇上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)，流(liu)(liu)速(su)提(ti)高30倍，傳感(gan)器受力(li)將提(ti)升(sheng)(sheng)900倍，渦(wo)街(jie)信號的(de)這種基本特征(zheng)顯(xian)然要求傳感(gan)器在(zai)具(ju)備極高靈敏度(du)的(de)同時(shi)，必須具(ju)有足夠強(qiang)度(du)，確保(bao)安全。但傳感(gan)器的(de)高強(qiang)度(du)又難于兼顧小流(liu)(liu)量所(suo)需的(de)高靈敏度(du)，更(geng)大的(de)破壞還來源(yuan)于高頻渦(wo)街(jie)導致(zhi)(zhi)傳感(gan)器共(gong)振，致(zhi)(zhi)使傳感(gan)器性能衰竭甚至斷裂(lie)，威脅(xie)下游(you)設備的(de)安全。直接限制(zhi)渦(wo)街(jie)流(liu)(liu)量計的(de)測量上(shang)(shang)限。
量程比也直接(jie)受限(xian)于(yu)信號處理(li)系統的帶寬，為實現4～20mA兩(liang)線制標準，必須嚴格限(xian)制電子線路耗電，而(er)電子線路耗電與帶寬密切關聯，進一步限(xian)制渦街(jie)流量計的測量上限(xian)。
隨流(liu)速升(sheng)高，流(liu)動噪音隨之增(zeng)高，漩渦(wo)列的穩定度隨之下降，渦(wo)街流(liu)量計(ji)漏(lou)計(ji)漩渦(wo)的比例大幅升(sheng)高，產(chan)生(sheng)“漏(lou)波”現(xian)象，表現(xian)為：流(liu)速超過產(chan)品上限時(shi)，流(liu)量越大、指示越小的“倒走”現(xian)象，測量失敗。
（2）現場實(shi)踐表明：抗振(zhen)能(neng)力低(di)于(yu)0.5g的(de)(de)渦街流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)，在實(shi)際應用中，測量(liang)(liang)(liang)下(xia)限通常還達不到標準孔板的(de)(de)水平，靠上限的(de)(de)優勢(shi)取得(de)優于(yu)差壓式流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)程(cheng)比，常需承擔傳感器斷裂、流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)示值(zhi)“倒走”的(de)(de)風(feng)險，難于(yu)實(shi)現期待的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)程(cheng)比。
（3）從制造商(shang)的產品樣本及第三方檢定證(zheng)書數據很容易發現(xian)：寬量(liang)程(cheng)比的渦街流量(liang)計(ji)，必(bi)然具備優良的抗振(zhen)能力(li)。
（4）渦(wo)街(jie)流量(liang)(liang)傳感器不同于差壓式儀表，限(xian)于卡門渦(wo)街(jie)穩定性的(de)(de)基本原理，無(wu)法(fa)通過改變結(jie)構(gou)、尺寸(cun)來進行測(ce)量(liang)(liang)范圍的(de)(de)遷移，每種管徑規格(ge)渦(wo)街(jie)流量(liang)(liang)計(ji)的(de)(de)流量(liang)(liang)可測(ce)量(liang)(liang)范圍完(wan)全依賴量(liang)(liang)程比(bi)范圍。
（5）正因(yin)限制渦(wo)街流量(liang)計量(liang)程比的(de)因(yin)素復雜，市場產品差異(yi)巨大，多數產品量(liang)程比在5~10 : 1，高(gao)端進(jin)口產品基(ji)本(ben)在15～17 : 1，距離選擇渦(wo)街流量(liang)計的(de)初衷依(yi)舊存(cun)在明顯不足(zu)。
3.其他選用問題
a.直(zhi)管(guan)段長(chang)度的(de)需求：包(bao)括(kuo)進口產(chan)品在(zai)內的(de)絕大(da)多數(shu)渦(wo)街流(liu)(liu)量計，對于所(suo)需直(zhi)管(guan)段長(chang)度的(de)描述來源(yuan)于廢止的(de)孔(kong)板標準，缺(que)(que)乏依據，實際(ji)應用中，宜謹慎甄別(bie)。由于大(da)多數(shu)渦(wo)街流(liu)(liu)量計采用的(de)是單(dan)根“三(san)角柱”渦(wo)街發生體，對于直(zhi)管(guan)段的(de)實際(ji)要(yao)求如存在(zai)明顯差異，缺(que)(que)乏依據。
; b.冗余結構的渦(wo)街(jie)流量計(ji)，可能精度及(ji)穩(wen)定(ding)性明顯下降，與(yu)選用(yong)的初衷背道而馳(chi)，宜要求(qiu)第(di)三方檢定(ding)。
c.檢測低溫(wen)（如LNG）、高(gao)溫(wen)（如水蒸(zheng)汽）的(de)渦街流量計，往往存在傳感(gan)器靈(ling)敏度(du)快速衰落、甚至壽命過短的(de)問(wen)題(ti)，不實的(de)耐高(gao)溫(wen)指標聲明(ming)普遍存在，即使(shi)是進口產品。
d.接液材質(zhi)、法蘭標準、通訊接口等其他非渦街(jie)流量(liang)計特(te)有性能指標，參考樣本(ben)選擇即可。