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　　摘要渦街流量計(jì)儀表系數(shù)變化的因素主要有溫度、雷諾數(shù)、管徑差異、旋渦發(fā)生體阻流件尺寸的改變，通過對以上因素進(jìn)行詳細(xì)分析，給出解決措施。
0引言
　　渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理研制成的一種流體振蕩式流量測量儀表。由于其具有精度高、測量量程寬、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、可靠性好，其輸出的脈沖頻率信號與流量測量值成正比、無零點(diǎn)漂移，且脈沖頻率信號不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響，廣泛應(yīng)用于各種氣體、液體及蒸汽介質(zhì)流量的測量。但在實(shí)際使用中，由于各種因素的影響，會使其儀表系數(shù)發(fā)生變化。
1工作原理
　　在流體中安放旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體下游兩側(cè)交替地分離釋放出兩列有規(guī)律的交替排列的旋渦，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，該旋渦的頻率與旋渦發(fā)生體的幾何尺寸、管道的幾何尺寸有關(guān)，旋渦的頻率正比與流量，此頻率可由探頭檢出。
f=Sr×v/b（1）
　　式中：b為阻流件的寬度，ｍ；v為經(jīng)流量計(jì)的流體平均流速，ｍ/ｓ；f為旋渦的頻率，Hｚ；Sr為斯特羅哈爾數(shù)。
渦街流量計(jì)一段時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)與流過流體的體積量之比，稱為儀表系數(shù)，用K來表示：
K=N/Q（2）
式中：K為儀表系數(shù)，（ｍ3）-1；N為體積總量對應(yīng)的脈沖數(shù)；Q為體積總量，ｍ3。
當(dāng)渦街流量計(jì)用來測量瞬時(shí)流量時(shí)：
qv=f×3600/K（3）
K=f×3600/qv（4）
式中：qv為體積流量值，ｍ3/h。
　　由以上公式可知，儀表系數(shù)K一但發(fā)生變化，將直接影響到流量測量的正確率。儀表系數(shù)K一般由實(shí)驗(yàn)室通過氣體或液體實(shí)標(biāo)得到，但渦街流量計(jì)在現(xiàn)場使用時(shí)，由于各種因素的影響，其儀表系數(shù)也會相應(yīng)的發(fā)生變化。為了提高流量測量的正確率，有必要對引起儀表系數(shù)變化的因素進(jìn)行分析并提出解決措施。
2溫度對渦街流量計(jì)儀表系數(shù)的影響
　　流體溫度變化通過兩個(gè)因素對渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)產(chǎn)生影響。一是溫度變化后，旋渦發(fā)生體阻流件的寬度b也會相應(yīng)變化，流體以相同流速經(jīng)過旋渦發(fā)生體時(shí)，其輸出的頻率也會相應(yīng)的增加或降低；二是溫度變化后，渦街流量計(jì)的管道內(nèi)徑也有變化，其截面積會相應(yīng)的增大或減小，當(dāng)相同體積的流體流過流量計(jì)時(shí)，流速會降低或增加。
上述變化可通過數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析。流速與渦街流量計(jì)管道內(nèi)徑的關(guān)系為：

　　由于b的增量與溫度成正比，D的增量也與溫度成正比，所以儀表系數(shù)K與溫度增量的三次方成反比。溫度對儀表系數(shù)的影響可通過以下公式進(jìn)行修正：

　　式中：Kt為流體溫度為t時(shí)的儀表系數(shù)，（ｍ3）-1；K0為流量計(jì)標(biāo)定時(shí)t0時(shí)的平均儀表系數(shù)，（ｍ3）-1；βD為流量計(jì)測量管材質(zhì)線膨脹系數(shù)，℃-1；βb為旋渦發(fā)生體材質(zhì)線膨脹系數(shù)，℃-1；t為流量計(jì)工作時(shí)溫度，℃；t0為流量計(jì)標(biāo)定時(shí)溫度，℃。
當(dāng)流量計(jì)測量管與旋渦發(fā)生體材質(zhì)相同時(shí)，即
βD=βb=β，上式變?yōu)椋?br /> Kt=［1-3β（t-t0）］K0（7）
　　國產(chǎn)流量計(jì)一般采用不銹鋼材質(zhì)制造，其線膨脹系數(shù)約在17×10-6/℃左右，表1給出了流量計(jì)采用不銹鋼材質(zhì)在不同溫度下系數(shù)的變化。

　　由表1可以看出，當(dāng)流體溫度大于100℃時(shí)，儀表系數(shù)的變化是可觀的，當(dāng)渦街流量計(jì)是用來測量飽和蒸汽（170℃）和過熱蒸汽（280℃）時(shí)，由于儀表系數(shù)變化引起的誤差將大大降低測量的精度。
　　解決此問題的方法一是按照流體的實(shí)際溫度重新計(jì)算儀表系數(shù)，二是用于測量飽和蒸汽和過熱蒸汽等溫度過高的流體時(shí)，用實(shí)際流體（蒸汽）的溫度來進(jìn)行儀表系數(shù)的標(biāo)定。
3雷諾數(shù)對渦街流量計(jì)儀表系數(shù)的影響
　　渦街流量計(jì)的斯特羅哈爾數(shù)（Sr）是管道雷諾數(shù)（Re）的函數(shù)，Sr是通過試驗(yàn)確定的無因次數(shù)，其與Re的關(guān)系如圖1所示。
　　由圖1可知，只有當(dāng)Re達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，即Re在2×104~7.2×106，Sr才能進(jìn)入其恒定范圍，曲線的平直部分對應(yīng)渦街流量計(jì)的正常測量流量的范圍，在此范圍內(nèi)，Sr基本不變，渦街頻率與流速成正比，此時(shí)，只要確定旋渦發(fā)生體和管道的幾何尺寸，儀表系數(shù)就不會發(fā)生改變。

　　當(dāng)Re小于5×103時(shí)，渦街頻率將不能發(fā)生或不能穩(wěn)定的發(fā)生。此范圍就不適合進(jìn)行流量測量了。
　　當(dāng)Re在5×103~2×104范圍內(nèi)時(shí)，渦街頻率也能穩(wěn)定的發(fā)生，但Sr增大了，儀表系數(shù)也相應(yīng)增大，從而影響了測量的精度。此時(shí)，需對儀表系數(shù)進(jìn)行校正才能保證測量的精度。
　　由以上分析可知，正確的使用流量計(jì)，要正確地確定流量計(jì)的下限流量范圍，下限雷諾數(shù)一般為2×104，其對應(yīng)的下限流速一般氣體為4~5ｍ/ｓ，液體為0.4~0.5ｍ/ｓ。因此一般確定下限流量應(yīng)保證介質(zhì)流速大于上述流速。
當(dāng)介質(zhì)粘度、密度與常用介質(zhì)相差較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行雷諾數(shù)計(jì)算。當(dāng)發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)使用在低雷諾數(shù)（5×103~2×104）范圍內(nèi)時(shí)，或希望渦街流量計(jì)有較大的量程比時(shí)，為保證測量的精度，應(yīng)對儀表系數(shù)進(jìn)行校正。
　　為了提高低雷諾數(shù)區(qū)域渦街流量計(jì)的測量精度，可通過實(shí)驗(yàn)室對流量計(jì)的標(biāo)定，獲得各個(gè)區(qū)域的儀表系數(shù)。標(biāo)定時(shí)，對低雷諾數(shù)區(qū)域各點(diǎn)的流量進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出各個(gè)區(qū)域的平均儀表系數(shù)，然后與正常的儀表系數(shù)相比，這就是校正系數(shù)，將校正系數(shù)與雷諾數(shù)一一對應(yīng)。實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的雷諾數(shù)，并用內(nèi)插法計(jì)算出雷諾數(shù)對應(yīng)的校正系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對儀表系數(shù)的校正。YＦ100系列渦街流量計(jì)在低雷諾數(shù)范圍內(nèi)的校正系數(shù)如表2所示。
　　雷諾數(shù)影響的校正一般有兩種方法。一是在流量計(jì)的二次儀表中進(jìn)行，適用于渦街流量計(jì)本身無校正能力的測量系統(tǒng)。二是在渦街流量傳感器（變送器）中進(jìn)行，適用于渦街流量計(jì)本身有校正能力的測量系統(tǒng)。

　　當(dāng)雷諾數(shù)大于7.2×106，其對應(yīng)的上限流速一般氣體大于80ｍ/ｓ，液體大于8ｍ/ｓ時(shí)，流量計(jì)會出現(xiàn)漏脈沖現(xiàn)象，即流速大于上限流速后，渦街流量計(jì)輸出的頻率與流速成正比的關(guān)系被破壞，且流速越高，漏脈沖現(xiàn)象越嚴(yán)重，流量計(jì)示值越低。
4管道內(nèi)徑與渦街流量計(jì)測量管內(nèi)徑不同時(shí)對儀表系數(shù)的影響
　　名義尺寸相同的無縫鋼管，由于壁厚規(guī)格差異大，內(nèi)徑也會產(chǎn)生較大差異，這使連接渦街流量計(jì)的管道內(nèi)徑與渦街流量計(jì)測量管內(nèi)徑完全一致的并不多。
4.1管道內(nèi)徑比測量管內(nèi)徑大（3％以內(nèi)）時(shí)的影響
　　在實(shí)際標(biāo)定中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)管道內(nèi)徑比測量管內(nèi)徑略大時(shí)，流量示值穩(wěn)定，儀表系數(shù)正常。雖然流體流過臺階時(shí)也有二次流產(chǎn)生，但因二次流存在的部件在測量管之外，所以對流量計(jì)的影響不明顯。
4.2管道內(nèi)徑比測量管內(nèi)徑小（3％以內(nèi)）時(shí)的影響
　　當(dāng)流體以很高的流速從管道流經(jīng)內(nèi)徑較大的測量管時(shí)，由于慣性作用，流束來不及膨脹，撞擊在旋渦發(fā)生體上，引起二次流，使得流量示值偏高。此誤差可通過修正系數(shù)FD進(jìn)行修正：

4.3管道內(nèi)徑與測量管內(nèi)徑相差較大時(shí)的影響
　　當(dāng)二者相差較大時(shí)，由于流體經(jīng)過這種突變造成的流體擾動使得渦街流量計(jì)的測量變得不再穩(wěn)定和可靠，造成的誤差無法通過儀表系數(shù)的修正來補(bǔ)償。此時(shí)，需要對原有管道進(jìn)行改造，安裝同心異徑管，使之與流量計(jì)測量管內(nèi)徑相匹配，或按照管道尺寸定制流量計(jì)。
5旋渦發(fā)生體阻流件尺寸的改變對儀表系數(shù)的影響
　　在下列兩種情況下，旋渦發(fā)生體阻流件的尺寸會發(fā)生改變。
1）旋渦發(fā)生體阻流件有堆積物
　　如果被測流體中存在黏性顆粒或夾雜著較多纖維狀物質(zhì)時(shí)，則可能會堆積在旋渦發(fā)生體阻流件上，使其幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而儀表系數(shù)也會發(fā)生變化。據(jù)相關(guān)模擬試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)阻流件上堆積物厚度為0.01Ｄ時(shí)，附加誤差為2％，堆積物厚度為0.
2）旋渦發(fā)生體阻流件有磨損
　　渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體阻流件的兩條棱邊正常情況下是銳利的，如果流體中含有固形物，長期使用后其銳緣很容易被磨損而變成圓弧，由于阻流件幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而儀表系數(shù)也會發(fā)生變化。
　　一旦發(fā)現(xiàn)阻流件有堆積物時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除。當(dāng)發(fā)現(xiàn)旋渦發(fā)生體阻流件有磨損時(shí)，應(yīng)對流量計(jì)的儀表系數(shù)進(jìn)行重新標(biāo)定，當(dāng)磨損特別嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)考慮更換旋渦發(fā)生體。
6結(jié)束語
　　以上就是一些影響渦街流量計(jì)儀表系數(shù)變化的因素，我們能做的就是注意這些可能發(fā)生的因素，并加以改善，盡量避免這些現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而提高渦街流量計(jì)測量的正確率。

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