技術參數：
儀表型號 | HLLU-N | HLLU-A | HLLU-B | HLLU- C | HLLU- D1/D2 |
信號輸出 | 脈沖 | 4-20mA | 無 | 4-20mA | 可選4-20mA或脈沖 |
供電電源 | 24VDC±15% | 24VDC±15% | 鋰電池 | 24VDC±15% | 24VDC±15%和鋰電池 |
通訊接口 | 無 | 無 | 無 | 可選RS485 | 可選RS485 |
精度等級 | 液體：1.0級
氣體：1.5級
蒸汽：1.5級 | 液體：1.0級
氣體：1.5級
蒸汽：1.5級 | 液體：1.0級
氣體：1.5級
蒸汽：1.5級 |
顯示器 | 無 | 有 | 有 |
儀表材質 | 304SS | 304SS | 304SS |
防爆等級 | 可選ExiaIICT5或ExdIIBT6 | 可選ExiaIICT5或ExdIIBT6 | 可選ExiaIICT5或ExdIIBT6 |
防護等級 | IP65 | IP65 | IP65 |
整機功耗 | ＜1W | ＜1W | ＜1W |
儀表通經 | DN15~DN300 | DN15~DN300 | DN15~DN300 |
安裝方式 | 法蘭夾持或一體化法蘭連接 | 法蘭夾持或一體化法蘭連接 | 法蘭夾持或一體化法蘭連接 |
耐壓等級 | 可選1.6MPa或2.5MPa | 可選1.6MPa或2.5MPa | 可選1.6MPa或2.5MPa |
介質溫度 | -40℃~250℃、-40℃~350℃ | -40℃~250℃、-40℃~350℃ | -40℃~250℃、-40℃~350℃ |
環(huán)境溫度 | -20℃~55℃ | -20℃~55℃ | -20℃~55℃ |
測量范圍：
儀表口徑（mm) | 液體流量范圍(m3/h) | 氣體流量范圍(m3/h) |
15 | 0.4～4 | 3～12 |
20 | 0.8～8 | 6～30 |
25 | 1.2～12 | 9～55 |
32 | 2～20 | 12～120 |
40 | 3～30 | 20～200 |
50 | 5～50 | 30～300 |
65 | 8～80 | 50～500 |
80 | 12～120 | 80～800 |
100 | 20～200 | 120～1200 |
125 | 30～300 | 200～2000 |
150 | 40～400 | 300～3000 |
200 | 75～750 | 500～5000 |
250 | 110～1100 | 800～8000 |
300 | 160～1600 | 1100～ |
(300) | 160～1500 | 1560～ |
(400) | 180～3000 | 2750～ |
(500) | 300～4500 | 4300～ |
(600) | 450～6500 | 6100～ |
(800) | 750～10000 | 11000～ |
(1000) | 1200～17000 | 17000～ |
>(1000) | 協議 | 協議 |
注：表中（300）—（1000）口徑為插入式。
渦街流量計在蒸汽計量中的特性研究：
渦街流量計在測量液體和氣體方面都有很好的應用，針對于渦街流量計在蒸汽流體上的測量，近年來得到了很廣泛的推廣，許多儀表生產企業(yè)也在積極地攻關與研發(fā)。對于蒸汽了測量一直是比較棘手的，為了強化對于蒸汽的計量能力，在20世紀60年代，日本橫河電機株式會社與美國Eastech公司合作，共同研發(fā)了一種渦街流量計，它的耐高溫性能好，壓損不大，這種流量計廣泛應用于高溫條件下蒸汽流量的計量過程。因為流體流量和其輸出的頻率信號存在正相關性，同時頻率信號在流體組分、密度、壓力、溫度改變情況下仍能保持一定穩(wěn)定性；另外，此儀器的量程較大；均為不可動部件，穩(wěn)定性大大增強；結構相對簡單，安裝維護難度小，維護成本低。基于以上優(yōu)點，該頻率信號被普遍使用在計量與工業(yè)過程的控制過程中。
到了二十世紀80年代，因為工業(yè)生產的推動，渦街流量計得以廣泛采用，但缺點是對于蒸汽介質上的測試仍是空白，只可進行渦街流量計的構造方式、DSP、流量量程、管道材質等方面加以升級，增強了渦街流量計的在液體與空氣中的測量準度。由于在蒸汽介質方面的探索上存在盲區(qū)，在流量精度測量上長期以來備受業(yè)內人士的質疑。渦街流量計雖然技術上有了改進，但有待進一步改良，不管是在理論還是應用層面上均有諸多工作要做。近些年，世界范圍內的業(yè)內人士對于渦街流量計實施了多次探索，研究成果值得肯定。
蒸汽流量量值體系的溯源是保證蒸汽流量測量準確的關鍵。本文基于流體力學、熱力學以及渦街流量計旋渦的產生機理，分析不同介質對渦街流量計的計量特性的影響，介質粘度的不同導致了三種介質測試下雷諾數的不同，影響到斯特勞哈數差異。但對渦街流量計的儀表系數影響不大，可忽略其影響。介質粘度的不同會導致流量范圍的不同。該分析將有利于提高渦街流量計測量蒸汽流量的計量準確度。
1 蒸汽介質的影響因素
所謂渦街流量計(亦稱旋渦流量計)，其工作機理是“卡門渦街”，是一類流體振蕩式的測量儀器。“卡門渦街”的原理是：待測管道流體中放進一根(或數根)非流線型截面的旋渦發(fā)生體，等到雷諾數到達特定數值，在旋渦發(fā)生體兩側分離出兩串交錯有序的旋渦，此過程具有交替性，我們將這種旋渦叫作卡門渦街 [3] 。在特定雷諾數范圍之間，旋渦的分離頻率同旋渦發(fā)生體與管道的幾何尺寸息息相關。數據表明，旋渦的分離頻率同流量存在正相關性，此頻率可通過傳感器獲得。以上渦街流量計與卡門渦街的關系可從圖1看出，二者有如下邏輯關系：
式中：
f 為旋渦分離頻率，Hz ；
S r 為斯特勞哈爾數；
U 1 為旋渦發(fā)生體兩側的平均流速，m/s ；
d 為旋渦發(fā)生體迎流面的寬度，m；
U 為被測介質來流的平均流速，m/s ；
m 為旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比。不可壓縮流體中，由于流體密度 ? 不變，由連續(xù)性方程可得到： m = U / U 1 。
式中：K 為渦街流量計的儀表系數，1 /m 3 。通過式（3）不難看出，儀表系數 K 是渦街流量計的計量特性的定量表征，數據表明，其儀表系數只和其機械結構與斯特勞哈爾數有關，同來流流量并無相關性。
研究發(fā)現，蒸汽對渦街流量計計量特性存在較大影響。可總結為三個方面：
首先，從公式（3）中能夠得出，機械結構尺寸 D 、m 、 d 以及斯特勞哈爾數 S r 這些參數與K值大小存在較大關聯性。基于物理原理研究發(fā)現，在流體介質條件存在差異情況下，機械結構尺寸的改變一般是與溫度的改變引發(fā)的熱脹冷縮效應息息相關。
**，雷諾數對斯特勞哈爾數 S r 產生較大影響，前者又與粘度密切相關，而粘度的差異性又取決于流體的差異，既而引發(fā)斯特勞哈爾數 S r 的區(qū)別。
第三，公式（3）的推導過程是以不可壓縮流體為前提的，當換作氣體介質時，由于可壓縮性的區(qū)別或許會引發(fā)儀表系數產生誤差。以上三個因素對于渦街流量計的影響將在下一節(jié)進一步探討。
2 蒸汽介質斯特勞哈爾數的影響
嚴格而言，斯特勞哈爾數是一種相似準則，是在討論流體力學中物理相似和模化是引入的概念 [4] 。其是用來表征旋渦頻率和阻流體特征尺寸、流速關系的。在特定雷諾數區(qū)間中，旋渦的分離頻率和旋渦發(fā)生體與管道的幾何尺寸密切相關，換言之斯特勞哈數可視為定量。
由圖2可看出，在 R eD =2×10 4 7×10 6 區(qū)間內，斯特勞哈數是定值，此也是儀表的正常工作區(qū)間。
現實情形下， S r 即便在 R eD =2×10 4 7×10 6 區(qū)間內，也與 R eD 的改變發(fā)生變化，參照1989年日本制訂的渦街流量計工業(yè)標準JISZ8766《渦街流量計——流量測量方法》。2002年加以修訂，把渦街流量計發(fā)生體的固定形式歸為兩種，《標準》規(guī)定的旋渦設計，發(fā)生體依據插入測量管頂端固定與否區(qū)別為標準1型與標準2型，它們的 S r 值存在較小區(qū)別，詳見表1數據。
標準2型 S r 的平均值是0.25033，它的標準偏差是0.12%；而標準1型為0.3%，現階段我國一般廣泛采用標準1型。而標準2型在日本橫河儀表研制的渦街流量計普遍采用。
通過雷諾數的推導公式不難得出，檢測時，蒸汽和空氣因為粘度的區(qū)別，會引發(fā)雷諾數存在差異。參照一般實驗情況下三類流體介質的工況差異，它們的運動粘度詳見表2：
式中：
? 表征介質密度；
D 表征管徑；
u 表征流速；
? 表征介質動力粘度；
v 表征介質運動粘度。
通過以上各參數數據不難發(fā)現，水的運動粘度低，空氣高，蒸汽介于二者之間。三者比例是1：15：4。所以若使雷諾數一致，應使水的流速小，空氣大，蒸汽在區(qū)間取值。在對儀表的系數進行檢定過程中，通常應考慮雷諾數一致時，真實測量過程中的差異性誤差。尤其在蒸汽的測量時，儀表量程的選型是參照在空氣介質下測量獲得的體積流量區(qū)間與蒸汽的密度乘積，推導出蒸汽的體積流量區(qū)間。這種算**引發(fā)差異性介質下雷諾數的區(qū)間差異。細致分析上表可得出，只要雷諾數在既定范圍內，檢定過程中并不會由于介質的不同造成較大的誤差，這個影響可不考慮。但雷諾數不可超出規(guī)定區(qū)間，否則會引發(fā) S r 的較大差異，造成誤差。
通過表3不難發(fā)現，要得出渦街流量計基于低流量的限雷諾數，口徑一致情況下三類介質的小流速應滿足1.0：4.0：15.0的大致比例。所以不可以將空氣介質下的體積流量區(qū)間等同于蒸汽介質下的數值。
3 蒸汽介質物理特性影響分析
1873年，荷蘭杰出物理學家范德瓦爾斯特實驗室中，發(fā)現了水蒸氣的物理性質，得出氣體分子間有著一定作用力，繼而推導出氣體的狀態(tài)方程以輔助理論驗證，這就是杰出的范德瓦爾斯特氣體狀態(tài)方程 [5] 。進一步研究發(fā)現，水蒸汽的分子的體積和相互的作用力比較大，無法以理想的氣體狀態(tài)方程加以表征。參照范德瓦爾斯特公式（5）的計算過程：
式中：
p 為壓強；
V 為1摩爾氣體的體積；
R 為普適氣體常數；
a 為度量分子間引力的參數；
b 為1摩爾分子本身包含的體積之和。
以上公式（5）中因子 a 和 b 的值因氣體的性質不同而存在差異，一般地，氣體的分子間引力參數 a 與 b 分子體積 表述如表3所示。
范德瓦爾斯特提出，氣體分子間的吸引力與間距存在負相關性，也就是密度的概念。把此理論使用在渦街流量計的測量過程中，通過表中的數據不難發(fā)現，水蒸汽分子間的吸引力a的數值較大，相當于氧氣與氮氣的4倍多。所以，在測量實際氣體時，基于同等壓力條件，水的分子間的吸引力的數值較蒸汽與空氣大得多，而蒸汽又顯著大于空氣。用渦街流量計進行測量時，發(fā)生體兩側的位置因為流速加大，引起靜壓力減小，體積擴張，流體密度隨之減小，而水介質由于分子間作用力大，并無明顯膨脹情況。蒸汽的分子間的吸引力比空氣大，所以前者膨脹性更低，密度變化也更小。參考流量的連續(xù)性方程得出，因為空氣密度變化更大，所以它的發(fā)生體兩側的流量變化較蒸汽介質更大，所以它的儀表系數比蒸汽介質變化更顯著。而氣體的可壓縮性與等嫡指數是其內在機理，這和我們的理論研究結果相互印證。
