合理準(zhǔn)確地進(jìn)行蒸汽流量計(jì)量，是企業(yè)進(jìn)行對(duì)外蒸汽貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，也是企業(yè)能夠準(zhǔn)確考核能源消耗，計(jì)算生產(chǎn)成本的重要保證。

對(duì)于蒸汽流量的計(jì)量，在20世紀(jì)80年代人們普遍采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)。從流量?jī)x表發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，孔板流量計(jì)盡管其歷史悠久，應(yīng)用范圍廣，人們對(duì)他的研究也*充分，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)*完整，但終因其壓力損失大、容易泄漏、量程范圍小及精度低等缺點(diǎn)，而被渦街流量計(jì)所取代。

渦街流量計(jì)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，適用于測(cè)量多種流體，特別是其精度高、量程比寬、壓損小、輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在流量計(jì)量特別是蒸汽流量計(jì)量中得到了廣泛的應(yīng)用。

1、渦街流量計(jì)測(cè)量原理

渦街流量計(jì)是由設(shè)計(jì)在流場(chǎng)中的旋渦發(fā)生體、檢測(cè)探頭及相應(yīng)的電子線(xiàn)路等組成。當(dāng)流體流經(jīng)旋渦發(fā)生體時(shí)，它的兩側(cè)就形成了交替變化的兩排旋渦，這種旋渦被稱(chēng)為卡門(mén)渦街。

斯特羅哈爾在卡門(mén)渦街理論的基礎(chǔ)上又提出了卡門(mén)渦街的頻率與流體的流速成正比，并給出了頻率與流速的關(guān)系式：

f = St × V/d

式中：f 渦街發(fā)生頻率 (Hz)

V旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平均流速(m/s )

St 斯特羅哈爾系數(shù)（常數(shù)）

d－旋渦發(fā)生體的寬度 (m)

由此可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)量卡曼渦街分離頻率便可算出瞬時(shí)流量。其中,斯特羅哈爾數(shù)（St）是無(wú)因次未知數(shù)，

圖（二）表示斯特勞哈爾數(shù)（St）與雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系。

這些交替變化的旋渦就形成了一系列交替變化的負(fù)壓力，該壓力作用在檢測(cè)探頭上，便產(chǎn)生一系列交變電信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大器轉(zhuǎn)換、整形、放大處理后，輸出與旋渦同步成正比的脈沖頻率信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

在流體管道中，垂直插入—個(gè)柱形阻擋物，在其后部（相對(duì)于流體流向）兩側(cè)就會(huì)交替地產(chǎn)生旋渦。隨著流體向下游流動(dòng)形成旋渦列，我們稱(chēng)之為卡門(mén)渦街。我們把產(chǎn)生旋渦的柱形阻擋物定義為旋渦發(fā)生體在一定條件下旋渦的分離頻率與流體的流速成線(xiàn)性關(guān)系。因而，只要檢測(cè)出旋渦分離的頻率，即可計(jì)算出管道內(nèi)流體的流速或流量。

2、渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

渦街流量計(jì)由漩渦發(fā)生體、漩渦頻率檢測(cè)元件(俗稱(chēng)探頭)及信號(hào)處理電路(俗稱(chēng)放大板)等幾部分組成。

2.1旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體形狀有圓柱、三角柱、T型柱、四角柱等，目前采用較多的是三角柱形，它的邊界層分離點(diǎn)固定，即其斯特羅哈爾數(shù)s相對(duì)恒定。

2.2漩渦頻率檢測(cè)元件檢測(cè)方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展到應(yīng)力式、磁敏式及差動(dòng)開(kāi)關(guān)電容式、超聲波式等。目前應(yīng)用較多的為應(yīng)力式，檢測(cè)元件多采用壓電元件。

流體流經(jīng)柱體時(shí)，旋渦交錯(cuò)分離，在柱體的兩側(cè)及柱體后面的尾流中產(chǎn)生脈動(dòng)的壓力。位于柱體后面的檢測(cè)探頭受這種微小脈動(dòng)壓力的作用，使探頭內(nèi)的壓電晶體元件受交變應(yīng)力而產(chǎn)生相應(yīng)的交變電荷信號(hào)，送入信號(hào)處理電路。

2.3信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路雖然不同廠(chǎng)家設(shè)計(jì)的會(huì)有所不同，但基本都由電荷轉(zhuǎn)換器、放大器、低通濾波器、史密特觸發(fā)器及脈沖輸出放大器等幾部分組成，如圖1所示。

1)電荷轉(zhuǎn)換器：將從壓電元件輸出的交變電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成與電荷量成比例的電壓信號(hào)；

2)放大器、低通濾波器：進(jìn)行信號(hào)放大，消噪；

3)史密特觸發(fā)器：把旋渦頻率的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定幅值的脈沖信號(hào)，同時(shí)因該電路對(duì)輸入輸出信號(hào)具有滯后作用，因此能防止由噪聲產(chǎn)生的振蕩；

4)脈沖輸出放大器：將史密特整形電路輸出的脈沖信號(hào)放大。送入二次儀表(流量積算儀或微機(jī))。

3、蒸汽流量測(cè)量中的壓力溫度補(bǔ)償

渦街流量計(jì)測(cè)量出的流體的流量為體積流量，而在蒸汽貿(mào)易結(jié)算或企業(yè)計(jì)算蒸汽用量時(shí)往往用質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算，為此需要將蒸汽的體積流量通過(guò)密度值(ρ)換算成質(zhì)量流量

Qm=ρQv

蒸汽分為飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽兩種，對(duì)于飽和蒸汽，其壓力與溫度存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，密度為壓力或溫度的單值函數(shù)。因此僅用壓力變送器測(cè)量出蒸汽的壓力(稱(chēng)為壓力補(bǔ)償)，或僅用溫度變送器測(cè)量出蒸汽的溫度(稱(chēng)為溫度補(bǔ)償)，然后將壓力或溫度信號(hào)送人二次儀表，就可以計(jì)算出蒸汽的密度，進(jìn)而獲得蒸汽的質(zhì)量流量。壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償僅取其一即可。在具體工作中究竟采用哪個(gè)參數(shù)，要從兩個(gè)參數(shù)檢測(cè)元件的響應(yīng)速度、檢測(cè)精度、對(duì)環(huán)境變化的影響及安裝測(cè)量元件后對(duì)流量測(cè)量的影響等因素考慮。一般情況下，在飽和蒸汽測(cè)量中均采用壓力參數(shù)補(bǔ)償。對(duì)于過(guò)熱蒸汽，其密度值是壓力和溫度兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)，因此需要壓力、溫度兩個(gè)參數(shù)的補(bǔ)償，*后由二次儀表計(jì)算出蒸汽密度，換算l葉I蒸汽的質(zhì)量流量。

4、渦街流量計(jì)的安裝要求

1)由于在流體流動(dòng)穩(wěn)定的情況下，流體通過(guò)旋渦發(fā)生體兩側(cè)時(shí)才能夠交替地產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦，因此流量計(jì)應(yīng)盡可能安裝在振動(dòng)和沖擊小的場(chǎng)所，安裝位置在5～20Hz的振動(dòng)頻率下，要求振動(dòng)加速度不大于lg，否則應(yīng)采取減振措施，例如在流量計(jì)安裝處振源來(lái)向的管道上加裝固定支撐架，或在流量計(jì)上安裝防振接頭。

2)要求流量計(jì)的前后要有一定的直管段，直管段的長(zhǎng)度應(yīng)符合表1的要求(其中D為管道直徑)。在規(guī)定的直管段長(zhǎng)度內(nèi)，管道入流段與出流段目測(cè)應(yīng)是平直的。為保證被測(cè)介質(zhì)滿(mǎn)管，流量計(jì)應(yīng)盡量避免安裝在調(diào)節(jié)閥、半開(kāi)閘閥的下游。一般情況下不在擴(kuò)大管后安裝流量計(jì)。如果流量測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行溫度或壓力補(bǔ)償時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在流量計(jì)前l(fā)D以外，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在流量計(jì)后5D以外。

3)渦街流量計(jì)的信號(hào)檢測(cè)電路(放大板)可以正常工作的環(huán)境溫度為-40℃≤T≤55℃，如果不能滿(mǎn)足此條件，儀表選型時(shí)可考慮選擇分體式結(jié)構(gòu)。

4)流量計(jì)安裝地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離高壓用電設(shè)備，做好儀表接地，流量計(jì)信號(hào)線(xiàn)應(yīng)選用屏蔽電纜，以免信號(hào)受到工頻干擾，造成計(jì)量誤差。

5、渦街流量計(jì)的檢測(cè)

當(dāng)渦街流量計(jì)工作半年左右時(shí)間或出現(xiàn)故障時(shí)，可以按以下方法檢測(cè)流量計(jì)是否能正常

5.1探頭的檢測(cè)

1)萬(wàn)用表檢測(cè)法：用萬(wàn)用表200MΩ檔測(cè)量探頭的絕緣阻值，常溫下應(yīng)為10～lOOMΩ。用萬(wàn)用表2n檔，測(cè)量探頭的電容值，空載時(shí)電容應(yīng)為0.15～0.35nF之間恒定不變。當(dāng)有外界振動(dòng)或流體流動(dòng)時(shí)，電容值發(fā)生變化，且比空載時(shí)要大，則探頭正常。

2)示波器檢測(cè)法：將探頭與示波器相連，輕敲探頭頭部，若示波器屏幕上出現(xiàn)不規(guī)則正弦波，則說(shuō)明探頭完好，無(wú)類(lèi)似波形則探頭損壞。

5.2 放大板的檢測(cè)

雖然各生產(chǎn)廠(chǎng)家的放大板略有差異，但大多都在放大板電路上設(shè)置了信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，可以用示波器逐一檢測(cè)各點(diǎn)波形，一般在施密特觸發(fā)器前的檢測(cè)點(diǎn)，信號(hào)波形應(yīng)為幅值不等的正弦波，在施密特觸發(fā)器后信號(hào)波形為方波。如果出現(xiàn)多波形、丟波形或無(wú)波形的情況，說(shuō)明放大板工作不正常，可以通過(guò)相應(yīng)的電位器進(jìn)行調(diào)整。

6、結(jié)束語(yǔ)

渦街流量計(jì)在流量測(cè)量方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代流量測(cè)量中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。正確地進(jìn)行流量計(jì)的安裝和性能檢測(cè)，可以保證流量計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。