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1.引言
   渦街流量計（或稱旋渦流量計）是一種基于流體振蕩原理的新型速度式流量儀表。它的輸出信號是與流量成正比的脈沖頻率信號或標準電流信號，可遠距離傳輸，并且輸出信號僅與流量有關(guān)，不受流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度的影響。它具有量程比寬，結(jié)構(gòu)簡單，無運動件，檢測元件不接觸被測流體，具有測量精度好、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長等特點。因此，渦街流量計自20世紀60年代末誕生以來，發(fā)展異常迅速，許多研究者進行了大量的工作，開發(fā)出了眾多類型的渦街流量計，并大量生產(chǎn)投放市場，像這樣在短短幾年時間內(nèi)就達到從實驗室樣機到批量生產(chǎn)過程的流量計還是僅有的。
   然而，在經(jīng)歷了20世紀80～90年代的“渦街熱”以后，渦街流量計的發(fā)展放慢了步伐。由于對這種新型儀表的生產(chǎn)、設(shè)計、選型和應(yīng)用方面的經(jīng)驗不足，面對各行各業(yè)千差萬別的現(xiàn)場和測量對象，有些問題逐步暴露出來，如安裝條件和方式對測量的影響等。對于安裝條件（即各種使用條件下所必須的直管段長度）的要求，不同儀表廠家都會給出一個比較合理的建議值。但是，對于安裝方式（即流量計水平安裝或垂直安裝）給渦街流量計造成的影響，一般都沒有涉及。本文通過相同條件下的實驗研究，定量地討論和比較了水平、垂直兩種安裝方式對渦街流量計測量的影響。
2．渦街流量計測量原理
   在流體中垂直于流向插入一根非流線型柱狀物體（即旋渦發(fā)生體），當流速大于一定值時，在柱狀物兩側(cè)將產(chǎn)生兩排旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的非對稱的旋渦列（即卡門渦街），如圖1所示，通過檢測渦街產(chǎn)生的頻率，根據(jù)有關(guān)的關(guān)系式得到流體的流量。

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u，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，管道內(nèi)徑為D，根據(jù)卡門渦街原理，有如下關(guān)系式：

式中u1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平均流速，m/s；St為斯特勞哈爾數(shù)，量綱為1；m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比，量綱為1。
管道內(nèi)流體的體積流量qv為：
式中K為渦街流量計的儀表系數(shù)，Hz/(m3/h)。
式（3）就是渦街流量計測量的基本關(guān)系式，其中K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，在ReD = 2×104 ~ 7×106范圍內(nèi)，St可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。同時可以看到，渦街流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。
3. 渦街流量計的安裝方式
   在工程實際應(yīng)用中，渦街流量計通常有如圖2所示的幾種安裝方式[10]，其中（a）、（b）、（c）三種方式都屬于水平安裝；（d）則為渦街流量計的垂直安裝。對不同的流體應(yīng)采用不同的安裝方式。普通液體、氣體、含水量液體的氣體、低溫氣體和液體、含微量固體顆粒的液體和氣體等可采用（a）、（c）、（d）方式安裝；高溫液體、高溫氣體、蒸汽可采用（b）、（c）、（d）方式安裝；濕飽和蒸汽可采用（a）、（c）、（d）方式安裝；液－氣（含微量氣體）、液－固（含微量固體）和液－液兩項流中，如果氣、固相不超出可測量范圍，建議首先采用（d）方式安裝。

4. 實驗及結(jié)果討論
4.1 實驗裝置與過程
   實驗裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，水穩(wěn)壓罐為管路提供恒定的水壓，使實驗時流量穩(wěn)定，水流量的大小由調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，流量范圍為2～20 m3/h。電磁流量計作為標準流量表給出進入實驗段的水的標準流量值，精度為0.5％。渦街流量計分別按照水平和垂直兩種方式安裝在實驗管路中，它們都具有足夠長的前、后直管段長度，并且其它安裝條件都嚴格按照規(guī)定的要求。渦街流量計的信號通過示波器采集，采樣頻率選用1000 Hz，每組數(shù)據(jù)包含2500點。

4. 2 實驗結(jié)果與分析
   分別對在水平和垂直兩種安裝方式時測得的渦街信號進行快速傅里葉變換（FFT），可以得到渦街頻率值，圖4給出了渦街頻率與流量之間的關(guān)系。從圖中可以看出，兩者之間的差別很小。再分別對測得的渦街率與流量做零截距最小二乘擬合，得到水平、垂直安裝的渦街流量計儀表系數(shù)分別為2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對誤差小于0.02%。可見，在安裝方式對渦街流量計的測量影響很小，可以忽略。

   為了進一步研究渦街流量計安裝方式的影響，本文還比較了在水平和垂直兩種方式下的渦街信號的幅度。圖5給出了渦街信號幅度與流量之間的關(guān)系，可以看出信號幅度都與流量成近似二次方關(guān)系，在相同流量下，信號幅度基本上相等，這說明渦街流量計安裝方式對其信號幅度影響很小，也即旋渦的能量（正比于幅度的平方）幾乎不受影響。但是，仔細比較可以發(fā)現(xiàn)，渦街流量計水平安裝時的信號幅度略大于垂直安裝的情況，這里可定性地理解為，當渦街流量計垂直安裝時部分旋渦能量因為克服重力而耗散，使得渦街流量計傳感器感測到的渦街能量變少，從而造成信號幅度減小。

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