渦街流量計
夾持型渦街流量計 法蘭型渦街流量計
渦街流量儀表適用于石油、化工、冶金、熱力、紡織、造紙等行業(yè)對過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體(氧氣、氮氣氫氣、天然氣、煤氣等) 、水和液體（如：水、汽油、酒精、苯類等）的計量和控制.
二、工作原理
在流體中設(shè)置非流線型旋渦發(fā)生體（阻流體），則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖(一)所示。
圖(一)
旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為V，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式:
f=StV/d 公式(1)
式中：
f－發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門旋渦頻率
St－斯特羅哈爾數(shù)（無量綱數(shù)）
V－流體的平均流速
d－旋渦發(fā)生體的寬度
由此可見，通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中,斯特羅哈爾數(shù)（St）是無因次未知數(shù)，
圖（二）表示斯特羅哈爾數(shù)（St）與雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系。
概述
圖（二）
在曲線表中St＝0.17的平直部分，漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率f就可以求得管內(nèi)流體的流速，由流速V求出體積流量。所測得的脈沖數(shù)與體積量之比，稱為儀表常數(shù)（K），見式（2）
K＝N/Q（1/m³） 公式（2）
式中：K＝儀表常數(shù)（1/m³）。
N＝脈沖個數(shù)
Q＝體積流量（m³）
三、主要指標(biāo)
表(一)
| 公稱通徑(mm) | 15，25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，(200～2000插入式) |
| 公稱壓力(MPa) | DN15-DN200 4.0(>4.0協(xié)議供貨)，DN250-DN300 1.6(>1.6協(xié)議供貨) |
| 介質(zhì)溫度(℃) | 壓電式：-40～260，-40～320；電容式： -40～300, -40～400，-40～450（協(xié)議訂貨） |
| 本體材料 | 1Cr18Ni9Ti，(其它材料協(xié)議供貨) |
| 允許振動加速度 | 壓電式:0.2g 電容式:1.0～2.0g |
| 精 度 | ±1%R，±1.5%R，±1FS；插入式：±2.5%R，±2.5%FS |
| 范圍度 | 1：6～1：30 |
| 供電電壓 | 傳感器：+12V DC，+24V DC；變送器：+12V DC ，+24V DC；電池供電型：3.6V電池 |
| 輸出信號 | 方波脈沖(不包括電池供電型)：高電平≥5V，低電平≤1V；電流：4～20mA |
| 壓力損失系數(shù) | 符合JB/T9249標(biāo)準(zhǔn) Cd≤2.4 |
| 標(biāo)志 | 本安型：ExdⅡia CT2-T5隔爆型：ExdⅡCT2-T5 |
| 等級 | 普通型IP65 潛水型 IP68 |
| 環(huán)境條件 | 溫度-20℃～55℃，相對濕度5%～90%，大氣壓力86～106kPa |
| 適用介質(zhì) | 氣體、液體、蒸汽 |
| 傳輸距離 | 三線制脈沖輸出型：≤300m，兩線制標(biāo)準(zhǔn)電流輸出型 (4～20mA)：負載電阻≤750Ω |
| 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計 |
部分: 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計
儀表選型是儀表應(yīng)用中重用的工作,儀表選型的正確與否將直接影響到儀表是否能夠正常運行.因此用戶和設(shè)計單位在選用本公司產(chǎn)品時,請仔細閱讀本節(jié)資料,認真核對流體的工藝參數(shù)并隨時可與我公司的銷售或支持部門聯(lián)系，以選型正確。
一．適用流量范圍和儀表口徑的確定
儀表口徑的選擇，根據(jù)流量范圍來確定。不同口徑渦街流量儀表的測量范圍是不一樣的。即使同一口徑流量表，用于不同介質(zhì)時，它的測量范圍也是不一樣的。實際可測的流量范圍需要通過計算確定。
(一)參比條件下空氣及水的流量范圍
見表（二），參比條件如下：
1．氣體：常溫常壓空氣，t=20℃，P=0.1MPa（絕壓），ρ=1.205 kg/m3，υ=15×10-6 m2/s。
2．液體：常溫水，t=20℃，ρ=998.2kg/m3，υ=1.006×10-6m2/s。
(二)確定流量范圍和儀表口徑的基本步驟
1． 明確以下工作參數(shù)。
（1）被測介質(zhì)的名稱、組份
（2）工作狀態(tài)的小、常用、大流量
（3）介質(zhì)的低、常用、高壓力和溫度
（4）工作狀態(tài)下介質(zhì)的粘度
2． 渦街流量儀表測量的是介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量，因此應(yīng)先根據(jù)工藝參數(shù)求出介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量,相關(guān)公式如下：
（1）已知氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，可通過以下公式求出工況體積流量
公式（3）
(2)已知氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度ρ，可通過以下公式求出工況密度
公式（4）
（3）已知質(zhì)量流量Qm換算為體積流量Qv
公式（5）
式中：
Qv： 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的體積流量(m3/h)
（Qv=3600f/K K:儀表系數(shù) ）
Qo： 介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量(Nm3/h)
Qm： 質(zhì)量流量 (t/h)
ρ： 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的密度(kg/m3)
公式（6） 
公式（7）
6379(m3/h)
ρo：介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度(kg/m3)，常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度，見表（三）
P： 工況狀態(tài)表壓(MPa)
t： 工況狀態(tài)溫度(℃)
3．儀表下限流量的確定。渦街流量儀表的上限適用流量一般可不計算，渦街流量儀表口徑的選擇主要是對流量下限的計算。下限流量的計算應(yīng)該兩個條件：小雷諾數(shù)不應(yīng)低于界限雷諾數(shù)（Re=2×104）；對于應(yīng)力式渦街流量儀表在下限流量時產(chǎn)生的旋渦強度應(yīng)大于傳感器旋渦強度的允許值（旋渦強度與升力ρv2 成比例關(guān)系）。這些條件可表示如下：
由密度決定的工況可測下限流量：
公式（6）由運動粘度決定的線性下限流量：
公式（7）式中：
Qρ：旋渦強度要求的小體積流量(m3/h)
ρ0:參比條件下介質(zhì)的密度
Qυ:小雷諾數(shù)要求的小線性體積流量(m3/h)
ρ:被測介質(zhì)工況密度（kg/m3）
Q0: 參比條件下儀表的小體積流量
(m3/h)
υ:工作狀態(tài)下介質(zhì)的運動粘度(m2/s)
υo:參比條件下介質(zhì)的運動粘度(m2/s)
通過公式（6）、（7）計算出Qρ和Qν。比較Qρ和Qν，確定流量儀表可測下限流量和線性下限流量：
Qυ≥Qρ：可測流量范圍為Qρ～Qmax , 線性流量范圍為Qυ～Qmax
Qυρ：可測流量范圍和線性流量范圍為
Qρ～Qmax
Qmax：渦街流量儀表的上限體積流量(m3/h)
4．儀表上限流量以表(二)中的上限流量為準(zhǔn).氣體的上限流速應(yīng)該小于70m/s,液體的上限流速應(yīng)該小于7m/s
| 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計 |
5．當(dāng)用戶測量的介質(zhì)為蒸汽時，常采用的計量單位是質(zhì)量流量，即：t/h或Kg/h。由于蒸汽（過熱蒸汽和飽和蒸汽）在不同溫度和壓力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范圍的確定可由公式(8)進行計算得出
公式（8）
式中：
ρ： 蒸汽的密度（kg/m3）
ρ0：1.205kg/m3
Q蒸汽 ：蒸汽質(zhì)量流量（t/h）
6．計算壓力損失，檢測壓力損失對工藝管線是否有影響，公式(單位：Pa)：
Δp= CdρV2/2 公式（9）
式中：
ρ：工況介質(zhì)密度（kg/m3）V:平均流速（m/s）
7．被測介質(zhì)為液體時,為氣化和氣蝕,應(yīng)使管道壓力符合以下要求:
p≥2.7Δp+1.3p0 公式（10）
式中：
Δp: 壓力損失（Pa）
p0：工作溫度下液體的飽和蒸汽壓（Pa絕壓）
Po:流體的蒸汽壓力 (Pa絕壓)
8．渦街流量計不適合測量高粘度液體。當(dāng)計算出的可測流量下限不設(shè)計工藝要求時，應(yīng)該考慮選用其它類型流量計。
9．通過計算如果有兩種口徑都可要求，為了測量效果、降低造價，應(yīng)選用口徑較小的表。應(yīng)該注意的是，盡可能使常用量處在流量范圍上限的1/2～2/3
Δp:壓力損失（Pa） Cd：壓力損失系數(shù)
表(二) 參比條件下渦街流量傳感器工況流量范圍表
| 儀表口徑（mm） | 液體 | 氣體（蒸汽） | ||
| 測量范圍（m3/h) | 小信號切除頻率值 | 測量范圍（m3/h) | 小信號切除 頻率值 | |
| 15 | 0.3-6 | 10 | 2.2-30 | 60 |
| 20 | 0.6-12 | 10 | 4-50 | 60 |
| 25 | 1.2-16 | 10 | 7-55 | 50 |
| 32 | 1.6-30 | 5 | 18-130 | 45 |
| 40 | 2-40 | 5 | 27-205 | 40 |
| 50 | 3-60 | 4 | 35-380 | 30 |
| 65 | 5-100 | 3 | 60-700 | 25 |
| 80 | 6.5-130 | 2 | 86-1100 | 20 |
| 100 | 15-220 | 2 | 133-1700 | 15 |
| 125 | 20-340 | 1 | 240-2800 | 13 |
| 150 | 30-450 | 1 | 347-4000 | 10 |
| 200 | 45-800 | 1 | 560-8000 | 5 |
| 250 | 65-1250 | 1 | 890-11000 | 5 |
| 300 | 95-2000 | 1 | 1360-18000 | 5 |
| （300） | 100-1500 | 2 | 1560-15600 | 45 |
| （400） | 180-3000 | 2 | 2750-27000 | 45 |
| （500） | 300-4500 | 2 | 4300-43000 | 45 |
| （600） | 450-6500 | 2 | 6100-61000 | 45 |
| （800） | 750-10000 | 2 | 11000-110000 | 45 |
| （1000） | 1200-1700 | 2 | 17000-170000 | 45 |
| >（1000） | 協(xié)議 | | 協(xié)議 | |
注：表中(300)～(1000)口徑為插入式
| 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計 |
表(三) 常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度（0℃，絕壓P=0.1MPa）
| 氣體名稱 | 密度(kg/m3) | 氣體名稱 | 密度(kg/m3) |
| 空氣(干) | 1.2928 | 乙炔 | 1.1717 |
| 氮氣 | 1.2506 | 乙烯 | 1.2604 |
| 氧氣 | 1.4289 | 丙烯 | 1.9140 |
| 氬氣 | 1.7840 | 甲烷 | 0.7167 |
| 氖氣 | 0.9000 | 乙烷 | 1.3567 |
| 氨氣 | 0.7710 | 丙烷 | 2.0050 |
| 氫氣 | 0.08988 | 丁烷 | 2.7030 |
| 一氧化碳 | 1.97704 | 天然氣 | 0.8280 |
| 二氧化碳 | 1.3401 | 煤制氣 | 0.8020 |
(三)選型舉例
例一：已知氣體壓力和溫度及標(biāo)況下的流量時
某壓縮空氣，標(biāo)況流量范圍為QN=1200-12000Nm3/h壓力P=0.7Mpa(表壓)，溫度t=30℃。試確定流量計口徑。,
步驟一：計算壓縮空氣的工況體積流量
由公式(3):
工況使用下限體積流量為:
Qvmin=QN×0.101325×(273.15+t)/293.15/（P +0.1）
=1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/（0.7 +0.1）
=157(m3/h)
工況使用流量上限為: Qvmax=1570(m3/h)
步驟二：根據(jù)使用工況流量范圍157-1570m3/h，查表（二），下限流量條件的流量計為DN80 、DN100和DN125，考慮到上限流量1270m3/h及使用效果和經(jīng)濟成本，初選DN100, DN100流量計的工況流量范圍是100-1700m3/h，接近使用流量范圍，初選DN100流量計，但應(yīng)具體核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量。核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量：
由公式(4)及公式(6):
=37.46(m3/h)
即，流量計在該工況條件下的可測下限流量是
37.46m3/h，遠小于要求的工況下限流量157m3/h，確定選用DN100流量計。
例二：已知蒸汽壓力和溫度及工況流量時
測量介質(zhì)為過熱蒸汽，蒸汽溫度為320℃，壓力為1.5MPa（絕壓）,流量范圍為3t/h～25t/h, 試 確定流量計口徑。
步驟一：計算蒸汽的等效空氣參比條件下的體積流量范圍，經(jīng)查附表(二),該狀態(tài)下蒸汽的密度為:5.665Kg/m3,由公式(8) :
= 765(m3/h)
6379(m3/h)步驟二：根據(jù)等效參比流量范圍765-6379m3/h，查表（二），比較適合該流量范圍為DN200口徑。
| 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計 |
二．儀表的安裝設(shè)計
儀表的正確安裝是儀表正常運行的重要環(huán)節(jié)，若安裝不當(dāng)，輕則影響儀表的使用精度，重則會影響儀表的使用壽命，甚至?xí)p壞儀表。
（一）安裝環(huán)境要求：
1． 盡可能避開強電設(shè)備、高頻設(shè)備、強開關(guān)電源設(shè)備。儀表的供電電源盡可能與這些設(shè)備分離。
2． 避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹闹苯佑绊?。若必須安裝，須有隔熱通風(fēng)措施。
3． 避開高濕環(huán)境和強腐蝕氣體環(huán)境。若必須安裝，須有通風(fēng)措施。
4． 渦街流量儀表應(yīng)盡量避免安裝在振動較強的管道上。若必須安裝，須在其上下游2D處加設(shè)管道緊固裝置。
5． 儀表好安裝在室內(nèi)，安裝在室外應(yīng)注意，特別注意在電氣接口處應(yīng)將電纜線彎成U形，避免水順著電纜線進入放大器殼內(nèi)。
6． 儀表安裝點周圍應(yīng)該留有較充裕的空間，以便安裝接線和定期維護。
（二）儀表管道安裝要求：
7． 渦街流量儀表對安裝點的上下游直管段有一定要求，否則會影響介質(zhì)在管道中的流場，影響儀表的測量。儀表的上下游直管段長度要求見圖(三)
DN為儀表工稱口徑
單位:mm
| 傳感器上游 管道型式 | 前后直管段長度 | 傳感器上游 管道型式 | 前后直管段長度 |
| 同心收縮 全開閥門 |  | 一個90度 彎頭 |  |
| 同一平面兩 個90度彎頭 |  | 不同平面兩 個90度彎頭 |  |
| 同心擴管 |  | 調(diào)節(jié)閥半開 閥門 |  |
圖(三)
注:調(diào)節(jié)閥盡可能不安裝在渦街流量儀表的上游,而應(yīng)安裝在渦街流量儀表的下游10D處。
8． 上、下游配管內(nèi)徑應(yīng)相同。如有差異，則配管內(nèi)徑Dp與渦街儀表表體內(nèi)徑Db,以下關(guān)系
0.98Db≤Dp≤1.05Db
上、下游配管應(yīng)與流量儀表表體內(nèi)徑同心，它們之間的不同軸度應(yīng)小于0.05Db
9． 儀表與法蘭之間的密封墊，在安裝時不能凸入管內(nèi)，其內(nèi)徑應(yīng)比表體內(nèi)徑大1-2mm
10． 測壓孔和測溫孔的安裝設(shè)計。被測管道需要安裝溫度和壓力變送器時，測壓孔應(yīng)設(shè)置在下游3-5D處，測溫孔應(yīng)設(shè)置在下游6-8D處，見圖（七）。D為儀表工稱口徑，單位：mm
| 儀表口徑的確定和安裝設(shè)計 |
11． 儀表在在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝。
12． 測量氣體時，在垂直管道安裝儀表，氣體流向不限。但若管道內(nèi)含少量液體，為了液體進入儀表測量管，氣流應(yīng)自下而流動，如圖（四）a所示
13． 測量液體時，為了管內(nèi)充滿液體，所以在垂直或傾斜管道安裝儀表時，應(yīng)該液體流動方向從下而上。若管道內(nèi)含少量氣體，為了氣體進入儀表測量管，儀表應(yīng)安裝在管線的較低處
如圖（四）b所示
圖（四）
8． 測量高溫、低溫介質(zhì)時，應(yīng)注意保溫措施。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部（表頭殼體內(nèi)）高溫一般不應(yīng)超過70℃；低溫易使轉(zhuǎn)換器內(nèi)部出現(xiàn)凝露，降低印制電路板的絕緣，影響儀表正常工作。
