智能渦(wo)街流量計(ji)工作原理(li)與結構
1. 工(gong)作原理
　　智(zhi)能渦街流(liu)量計是在(zai)流體中設(she)置旋渦發(fa)生體（阻流(liu)體），從旋渦(wo)發生體兩(liang)側交替地(di)産生有規(gui)則的旋渦(wo)，這種旋渦(wo)稱爲卡曼(man)渦街，如圖(tu)⚽1所示。旋渦(wo)列在旋渦(wo)發生體下(xia)遊非🧑🏽‍🤝‍🧑🏻對稱(cheng)地🏃‍♂️排列。設(she)旋渦的發(fa)生頻率爲(wei)f，被測介質(zhi)來流的平(ping)均速度爲(wei)U，旋渦發生(sheng)體迎面寬(kuan)度爲d，表體(ti)通徑✉️爲D，根(gen)據卡曼渦(wo)街原理，有(you)如下關系(xi)式
f=SrU1/d=SrU/md （1）
式中U1--旋(xuan)渦發生體(ti)兩側平均(jun)流速，m/s；
Sr--斯特(te)勞哈爾數(shu)；
m--旋渦發生(sheng)體兩側弓(gong)形面積與(yu)管道橫截(jie)面面積之(zhi)⚽比

管道内(nei)體積流量(liang)qv爲
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)
式中 K--流(liu)量計的儀(yi)表系數，脈(mo)沖數/m3（P/m3）。
　　K除與(yu)旋渦發生(sheng)體、管道的(de)幾何尺寸(cun)有關外，還(hai)與斯特勞(lao)哈爾數有(you)關。斯特勞(lao)哈爾數爲(wei)無量綱參(can)數，它與旋(xuan)渦發生體(ti)形狀及雷(lei)諾數有關(guan)，圖2所示爲(wei)圓柱❤️狀旋(xuan)渦發生體(ti)的斯特勞(lao)哈爾數與(yu)管道雷諾(nuo)數的關系(xi)圖。由圖可(ke)見，在✊ReD=2×104～7×106範圍(wei)内，Sr可視爲(wei)常數，這是(shi)儀表正常(chang)工作範圍(wei)。當測量氣(qi)體流量時(shi)，VSF的流量計(ji)算式爲

　　圖(tu)2 斯特勞哈(ha)爾數與雷(lei)諾數關系(xi)曲線式中(zhong) qVn，qV--分别爲标(biao)💜準❤️狀态下(xia)（0oC或20oC，101.325kPa）和工況(kuang)下的體積(ji)流量，m3/h；
Pn，P--分别(bie)爲标準狀(zhuang)态下和工(gong)況下的絕(jue)對壓力，Pa；
Tn，T--分(fen)别爲标準(zhun)狀态下和(he)工況下的(de)熱力學溫(wen)度，K；
Zn，Z--分别爲(wei)标準狀态(tai)下和工況(kuang)下氣體壓(ya)縮系數。
　　由(you)上式可見(jian)，VSF輸出的脈(mo)沖頻率信(xin)号不受流(liu)體物性和(he)組分變化(hua)的影響，即(ji)儀表系數(shu)在一定雷(lei)諾數範圍(wei)内僅與‼️旋(xuan)渦發生👅體(ti)及管道的(de)形狀尺寸(cun)等有關。但(dan)是作爲流(liu)量計在物(wu)料平衡及(ji)能源計量(liang)中需檢🌈測(ce)質量流🌍量(liang)，這時流量(liang)計的輸出(chu)信号應😘同(tong)時監測體(ti)積流量和(he)流體密度(du)，流💃體物性(xing)和組分對(dui)流量計量(liang)還是有直(zhi)接影響的(de)。
2. 結構
　　VSF由傳(chuan)感器和轉(zhuan)換器兩部(bu)分組成，如(ru)圖3所示。傳(chuan)感器包括(kuo)旋渦發生(sheng)體（阻流體(ti)）、檢測元件(jian)、儀表表體(ti)等；轉換器(qi)包括前置(zhi)放大器、濾(lü)波整形電(dian)路、D／A轉換電(dian)路、輸出接(jie)口電路、端(duan)子、支架和(he)防護罩等(deng)。近年來智(zhi)能式👅流量(liang)計還把微(wei)處理器、顯(xian)示通訊及(ji)其他功能(neng)模塊亦裝(zhuang)在轉換器(qi)内。

圖(tu)3 渦街流量(liang)計
（1）旋渦發(fa)生體
　　旋渦(wo)發生體是(shi)檢測器的(de)主要部件(jian)，它與儀表(biao)的流量💰特(te)性（儀表系(xi)數、線性度(du)、範圍度等(deng)）和阻力特(te)性（壓力損(sun)失）密切相(xiang)關，對💃🏻它的(de)要求如下(xia)。
1） 能控制旋(xuan)渦在旋渦(wo)發生體軸(zhou)線方向上(shang)同步分離(li)；
2） 在較寬的(de)雷諾數範(fan)圍内，有穩(wen)定的旋渦(wo)分離點，保(bao)持🔞恒定的(de)斯特勞哈(ha)爾數；
3） 能産(chan)生強烈的(de)渦街，信号(hao)的信噪比(bi)高；
4） 形狀和(he)結構簡單(dan)，便于加工(gong)和幾何參(can)數标準化(hua)，以及各種(zhong)檢測元件(jian)的安裝和(he)組合；
5） 材質(zhi)應滿足流(liu)體性質的(de)要求，耐腐(fu)蝕，耐磨蝕(shi)，耐溫度變(bian)㊙️化；
6） 固有頻(pin)率在渦街(jie)信号的頻(pin)帶外。
　　已經(jing)開發出形(xing)狀繁多的(de)旋渦發生(sheng)體，它可分(fen)爲單😄旋渦(wo)發生體和(he)多旋渦發(fa)生體兩類(lei)，如圖4所示(shi)。單旋渦發(fa)⁉️生體🚩的基(ji)🔴本形有圓(yuan)柱、矩形柱(zhu)和三角柱(zhu)，其他👣形狀(zhuang)皆爲這些(xie)基本形的(de)變形。三角(jiao)柱形旋渦(wo)發生體是(shi)應用最廣(guang)泛的一種(zhong)，如圖5所示(shi)。圖中D爲儀(yi)表口💘徑。爲(wei)提高渦街(jie)強度和穩(wen)定性，可采(cai)用多旋渦(wo)發生體，不(bu)過它的應(ying)🤟用并不普(pu)遍。

⑵智能渦(wo)街流量計(ji)檢測元件(jian)
流量計檢(jian)測旋渦信(xin)号有5種方(fang)式。
1） 用設置(zhi)在旋渦發(fa)生體内的(de)檢測元件(jian)直接檢測(ce)發生體兩(liang)側差壓；
2） 旋(xuan)渦發生體(ti)上開設導(dao)壓孔，在導(dao)壓孔中安(an)裝檢測🈚元(yuan)件檢測發(fa)生體兩側(ce)差壓；
3） 檢測(ce)旋渦發生(sheng)體周圍交(jiao)變環流；
4） 檢(jian)測旋渦發(fa)生體背面(mian)交變差壓(ya)；
5） 檢測尾流(liu)中旋渦列(lie)。
　　根據這5種(zhong)檢測方式(shi)，采用不同(tong)的檢測技(ji)術（熱敏、超(chao)聲㊙️、應力、應(ying)🈚變、電容、電(dian)磁、光電、光(guang)纖等）可以(yi)構成不同(tong)類型💛的VSF，如(ru)表1所示。 表(biao)1 旋渦發生(sheng)體和檢測(ce)方式一覽(lan)表

⑶ 轉換器(qi)
　　檢測元件(jian)把渦街信(xin)号轉換成(cheng)電信号，該(gai)信号既微(wei)弱又含有(you)不同成分(fen)的噪聲，必(bi)須進行放(fang)大、濾波、整(zheng)形等處理(li)💃🏻才能🌐得出(chu)與流量成(cheng)比例的脈(mo)沖信号。
轉(zhuan)換器原理(li)框圖如圖(tu)6所示。

圖6 轉(zhuan)換器原理(li)框圖⑷ 儀表(biao)表體
儀表(biao)表體可分(fen)爲夾持型(xing)和法蘭型(xing)，如圖7所示(shi)。
　　智能渦街(jie)流量計主(zhu)要存在的(de)問題 主要(yao)有：①指示長(zhang)期⛹🏻‍♀️不準；②始(shi)終無指示(shi)；③指示大範(fan)圍波動，無(wu)法讀數；④指(zhi)示不🌏回零(ling)🌈；⑤小流量時(shi)無指示；⑧大(da)流量時指(zhi)示還可以(yi)，小流量時(shi)指示💜不準(zhun)；⑦流量變化(hua)時指示變(bian)化跟不上(shang)；⑧儀表K系數(shu)無法确定(ding)，多處資料(liao)均不一緻(zhi)♍。
分析及解(jie)決方法
總(zong)結引起這(zhe)些問題的(de)主要原因(yin)，主要涉及(ji)到以下方(fang)面：
1、選型方(fang)面的問題(ti)。有些渦街(jie)傳感器在(zai)口徑選型(xing)上或者在(zai)設🈲計選型(xing)之後由于(yu)工藝條件(jian)變動，使得(de)選擇大了(le)―個規格，實(shi)際選型應(ying)選擇盡可(ke)能小的口(kou)徑，以提高(gao)測量精度(du)，這方面的(de)原因主要(yao)同問題①、③、⑥有(you)關。比如，一(yi)條渦街管(guan)線🔅設計上(shang)供幾個設(she)備♈使用，由(you)于工藝部(bu)分設備有(you)時候不使(shi)用，造成目(mu)💃🏻前實際使(shi)用流量減(jian)小，實際👄使(shi)用造成原(yuan)設計選型(xing)口徑過大(da)，相當于提(ti)高了可測(ce)的流量♋下(xia)限，工藝🔆管(guan)道小流量(liang)時指示無(wu)法保證，流(liu)量🐕大時還(hai)可以使用(yong)，因爲如果(guo)要重新改(gai)造有時候(hou)難度太大(da)．工🙇🏻藝條件(jian)的變動👣隻(zhi)是臨時的(de)。可結合參(can)數的重新(xin)整定以提(ti)高指示正(zheng)确💞率。
2、安裝(zhuang)方面的問(wen)題。主要是(shi)傳感器前(qian)面的直管(guan)段長度不(bu)夠，影響測(ce)量精度，這(zhe)方面的原(yuan)因主要同(tong)問題①有關(guan)。比如：傳感(gan)器前面直(zhi)管段明顯(xian)不足，由于(yu)FIC203不用☔于計(ji)量，僅僅用(yong)于控制⭕，故(gu)目前的精(jing)度可以使(shi)用相當于(yu)降級使用(yong)。
3、參數整定(ding)方向的原(yuan)因。由于參(can)數錯誤，導(dao)緻儀表指(zhi)示有誤．參(can)數㊙️錯誤使(shi)得二次儀(yi)表滿度頻(pin)率計算錯(cuo)誤，這方面(mian)的原⛹🏻‍♀️因主(zhu)要同問題(ti)①、③有關。滿度(du)頻率相差(cha)不多的使(shi)得指示長(zhang)期不準，實(shi)際滿度頻(pin)率大幹計(ji)♌算的滿度(du)頻率的使(shi)得指示大(da)範圍波動(dong)，無法讀數(shu)，而資料上(shang)參📧數的不(bu)一緻性又(you)影響了參(can)數的最終(zhong)🌈确定，最終(zhong)通過重新(xin)标定結合(he)相互比較(jiao)确定了參(can)數，解決了(le)💚這一問題(ti)。
4、二次儀表(biao)故障。這部(bu)分故障較(jiao)多，包括：一(yi)次儀表電(dian)路闆有斷(duan)線之處，量(liang)程設定有(you)個别位顯(xian)示壞，K系數(shu)設定有個(ge)别位顯示(shi)壞，使得無(wu)法确定量(liang)程設定以(yi)‼️及K系數設(she)定，這部分(fen)原因主要(yao)向問題①、②有(you)關。通過修(xiu)複相應的(de)故障，問題(ti)得以解決(jue)。
5、四路線路(lu)連接問題(ti)。部分回路(lu)表面上看(kan)線路連接(jie)很好🌍，仔細(xi)🏃‍♂️檢查，有的(de)接頭實際(ji)已松動造(zao)成回路中(zhong)斷，有的接(jie)頭雖連接(jie)⛹🏻‍♀️很緊但由(you)于副線問(wen)題緊固螺(luo)🤩釘卻緊♍固(gu)在了線皮(pi)上，也使得(de)💘回路中斷(duan)，這部分原(yuan)因主要同(tong)問題②有關(guan)。
6、二次儀表(biao)與後續儀(yi)表的連接(jie)問題。由于(yu)後續儀表(biao)的問題或(huo)者💃🏻由于後(hou)續儀表的(de)檢修，使得(de)二次儀表(biao)的mA輸出回(hui)路中斷，對(dui)于這類型(xing)的二次儀(yi)表來說，這(zhe)部分原🈚因(yin)主要同問(wen)題②有關。尤(you)♻️其是對于(yu)後續的記(ji)錄儀，在記(ji)錄儀長期(qi)損壞無法(fa)修複的情(qing)況下，一定(ding)要注意短(duan)接二次儀(yi)表的輸出(chu)。
7、由于二次(ci)儀表平軸(zhou)電纜故障(zhang)造成回路(lu)始終無指(zhi)示💃🏻。由于長(zhang)期運行，再(zai)加上受到(dao)灰塵的影(ying)響，造成平(ping)軸電纜故(gu)障，通過清(qing)⚽洗或者更(geng)換平軸電(dian)線，問題得(de)以解決🍓。
8、對(dui)于問題⑦主(zhu)要是由于(yu)二次儀表(biao)顯示表頭(tou)線圈固👈定(ding)👉螺絲🐇松，造(zao)成表頭下(xia)沉，指針與(yu)表殼摩擦(ca)大，動作不(bu)靈，通過調(diao)整✂️表頭☔并(bing)重新固定(ding)，問題相應(ying)解決。
9、使用(yong)環境問題(ti)。尤其是安(an)裝在地井(jing)中的傳感(gan)器部👄分，由(you)于環境🔞濕(shi)度大，造成(cheng)線路闆受(shou)潮，這部分(fen)原因主要(yao)同問題①、②有(you)🛀🏻關。通過相(xiang)💘應的技改(gai)措施，對部(bu)分環境濕(shi)度大的傳(chuan)感器重新(xin)作了👣把探(tan)頭部分與(yu)轉換部分(fen)分離👌處理(li)，改用了分(fen)離型傳感(gan)器，故善了(le)工作環境(jing)，日前這部(bu)分儀表運(yun)行良好。
10、由(you)于現場調(diao)校不好，或(huo)者由于調(diao)校之後的(de)實際情況(kuang)🌈的再變動(dong)。由于現場(chang)振動噪聲(sheng)平衡調整(zheng)以及靈敏(min)度調整不(bu)好．或者由(you)于調整之(zhi)後運行一(yi)段時間之(zhi)後現場情(qing)況的再變(bian)動，造成指(zhi)示問題、這(zhe)部分原因(yin)主要同問(wen)題④、⑤有關。使(shi)用示波器(qi)，加上結合(he)工藝運行(hang)情況，重新(xin)調整。

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