渦街流量計若能在質量流量丈量方面能獲得普遍應用，質量流量計具備不可替代的優勢。具備重要意義

已開拓渦街流量計是依據流體振撼頻率與流速有對應關聯的原理管事的自20世紀60年代末開端研制至今。

并在管道流量丈量中出鼎盛類型阻流體及檢測法的渦街流量計。

躋身通用流量計之列。渦街流量計之所以會受到如此青睞，獲得普遍應用。與它所具備的特點密不可分。開初它輸出的與流量成正比的頻率信號，并且頻率信號不受流

可靠性高；構造簡略雄厚，體組分、密度、壓力、溫度的影響；量程范圍較寬；度為中上程度；無可動部件。建筑維護省事，維護費較低；應用范圍普遍，可實用液體、氣體和蒸氣。不過該當看到渦街流量計尚屬發展中的流量計，無論其理

至今其流量方程不時引用卡門渦街理論，論基礎依然推行經驗尚較差。一方面。而此理論及其一些定量關聯是卡門在氣體風洞（均勻流場）中試驗得出的

推與復舊管道中具備三維不均勻流場的旋渦仳離的依序是不無別的另一方面。

渦街流量計的基礎研討管事必行經驗更是需求甘愿答應深遠應用才氣積聚。因此。

否則在實用中會出現一些預見不到紕漏。須跟上。

海內外科研管事者針對渦街流量計在應用中出現的紕漏，近年來。運用謀劃機數值仿真技能、微電子技能及

渦街流量計應用范疇放寬了大批研討，搶先創建技能。并索要了必需效果。

1渦街流量計測量原理

流體管道中插入必需形狀的旋渦發生體（阻流體）當流體繞過發生體后，渦街流量計的丈量原理如圖1所示。

這種旋渦稱為卡門渦街。馳過推導，發生體兩側會交替發生法規的旋渦。流體的體積流量Q與漩渦頻率f適宜下面公式：

Q=f/K1

必需雷諾數范圍內K為常數，式中：K為流量計的流量系數。流量Q與漩渦頻率f成線性關聯。因此，只要測出f就能求顏面積流量Q

2渦街流量計文獻綜述

渦街流量計自上世

深受昌大用戶歡迎，紀70年代投放市場以來?，F時已普遍應用于石油化工、冶金、平板、輕紡、制藥等工業范疇中，動作管道中液體、氣體、蒸汽的計量和工業進程控

丈量的度制中不可短缺的流量丈量儀表。渦街流量計實用的管道口徑平常在300mm以下。

平常液體平均流速下限為0.5m/氣體為4~5m/對于液體大抵在±O.5%~士1%對于氣體在±1%~±2%反復性平常為0.2%~0.5%渦街流量計虛假用于丈量低雷諾數（ReD≤2104流體。

生產的渦街流量計也占據了必需的市場

絕倫是渦街產生體的形狀設計上，份額。紛歧公司生產的產品具備紛歧的特點。各有千秋，有梯形、長方形、T形，還有多產生體等，對渦街信號的檢測也有紛歧方法

渦街信號處置上為抬高丈量精度，選用的元件有壓電元件、熱敏元件、超聲波、電容元件等。也有各自獨占的一些技能。

無論在理論研討依然現實應用中，渦街流量計屬于發展中流量計。都有一些還未解決的紕漏，近年來，引起了海內外普遍的關切，絕倫在以下幾方面進行了大批研討。

1對旋渦仳離依序的研討

既當流體繞流非流線形物體（又稱鈍體）時，渦街流量計的丈量原理是基于鈍體繞流現象。

旋渦衰敗的頻率與流體流動速度之間必需流停工況下會發生鈍體后部的旋渦衰敗現象。

利用這一關聯，永存必須關聯。甘愿答應對旋渦頻率的檢測實現流量的丈量。對鈍體繞流紕漏的研討至今已有一百多年的歷史。1912年卡門（VonKamman編制地研討

獲得了一系列研討效果。不過，流體繞流物體誘發振撼的大規模研討管事是20世紀50年代開端的至今已發布了大批研討論文。鈍體繞流現象是一

涉及到流動的仳離、旋渦的生成和衰敗、旋渦的相互滋擾等紕漏，種繁瑣的流動現象。受到諸如流體流停工況、紊流度、柱體形式和光潔度等許多因素的影響，當然馳過

有了必需的起家，深遠的研討。但其中許多枝節的理論紕漏依然沒有獲得令人中意的結果，并永存著紛歧的觀點和研討方法，絕倫是高雷諾數條件下的繞流紕漏尚待

對流體繞流時旋渦衰敗特色的研討，進一步研討。所以。對于深化和發展流身體學中的旋渦流動理論具備重要的學術意義。

Gerrard文獻中對尾流中的渦街造成機制給出了一種物理描繪，旋渦衰敗模式上。提出剪切層相互功能模式，即渦街造成的決策性因素是物體后的二個仳離剪切層的相互功能。

Bentli分別在1996年和2003年設計出多種形狀的雙發生體渦街流量計，憑據這一理論。

并索要必需后果。其他科研管事者PerriCoutancean等也對尾流特色進行了深刻研討，來抬高丈量性能。提出尾跡怒放模式、二次渦振蕩模式和近尾跡肯定煩躁然模式等渦街造成理論。Zdravkovich綜述性文章中，也對各種紛歧渦街模

提出渦街造成機制并不是團結的和*的會永存變異，式進行了論述。絕倫是當

革新會更大。這些研討結果大片面是甘愿答應試驗觀測獲得的理論上還有待于作進一步剖析和論證。雷諾數紛歧時。

數值仿真諦論的發展，旋渦脫掉隊的流場特色與鈍體形狀和雷諾數緊密相干。近年來隨著謀劃機技能的進步。

從低雷諾數拓展到高雷諾數，對流場特色的研討從二維拓展到三維。設立更切近于現實的數學模型，來剖析流體繞流后的流動特色。鈍體的形狀千變萬化，比擬有類型意義的圓柱、方柱和梯形柱，其他形狀能夠由此演化

甘愿答應對三維鈍體繞流在比擬寬的雷諾數范圍內進行了研討，而得。Williamson文獻中。剖析了Strou

覺察了一些原先在二維研討中沒有推敲到新的現象。隨著雷諾數的回升，hal數和壓力系數與雷諾數的關聯。尾流從層流渦街向湍流渦街轉變，并視察到渦街的三維特色，如流體繞過圓柱鈍體后出現的渦的位錯，渦街的傾斜，

甘愿答應可視化試驗技能視察和相位的突變和擴大等。Goujon-Durand等在文獻中。

用激光多普勒測速儀測量了尾流中流體速度，剖析了梯形鈍體后的渦街動態特色。獲得由渦街引起的速度周期性動蕩的大幅值及出現的地位與雷諾數關

發當今鈍體后紛歧地位，聯。速度的動蕩幅值是紛歧的隨著渦向拙劣活動，速度幅

某一地位來到大值后，值先回升。再遲笨衰減。速度大幅值和出現地位與雷諾數滿足必需關聯。Kahawita文獻中，用分步樣條算法對上述試驗進行數值仿

獲得了相通的結果，真。證明了該算法的有效性。文獻中用此算法對紛歧的梯形形狀進行數值籌劃，得出梯形形狀參數中高度是影響Strouhal數的首要因素。

如雷諾平均對渦街流場的數值仿真謀劃也從二維的過渡到三維的湍流方程的求解也有多種方法。

渦方法等。文獻中，大渦因襲。選用了各種數值算法對紛歧形狀鈍體紛歧雷諾數進行仿真籌劃，低雷諾數條件下，結果較好，多半能有效的仿真和揣測渦街的造成和

Strouhal數的謀劃精度也較高。高雷諾數情勢下，發展進程。渦街的造成機制較繁瑣，還有待于進一步深刻研討。數值仿果真算法也有待于改進，渴望獲得既有較高的求解精度，又能調低謀劃機內存和謀劃時刻懇求的新算法。

2對旋渦（渦街）發生體形狀的研討

儀表的流量特色（儀表系數、線性度、范圍度等）和阻力特色都與它幾何形狀、幾何參數和羅列道路緊密相干。但旋渦發生體幾何參數至今旋渦發生體是渦街流量計的環節部件。

大多甘愿答應試驗肯定，還沒有比擬能干的謀劃方法?，F時用的比擬多的圓柱、三角柱、矩形柱、梯形柱和T形柱等5種。為了獲得較好的儀表性能，海內外科研管事者甘愿答應試驗和數值仿真籌劃，改良旋渦發生體形狀和多旋渦發生體方面

進行了一些有益的摸索。

對T形旋渦發生體形狀，Miau等在文獻中。絕倫是T形的延長段長度L和迎流面寬度D之比值L/D進行了研討

馳過一系列試驗后，紛歧的L/D獲得的渦街信號紛歧。獲得L/D值在1.56~2.0時，渦街信號強，信噪比高，并且儀表線性度。Nakamura文獻

對各種帶有延長段的發生體作了更具體的研討，中。發生體的前段形狀有圓形、半圓形、半圓形與矩形化合、矩形和三角形等，寬度為D同時變換發生體背后延長

St數隨著L/D回升而減小，段長度L覺察對St數影響大的因素是L/D而不是發生體形狀。這是因為發生體延長段長度會變換尾流渦街造成區域的流場構造，這將給

針對超聲渦街頻率檢測方法，渦街流量計中旋渦發生體形狀和參數設計帶來贊助。Han等在文獻中。對紛歧形狀的發生體，如：三角柱、梯形柱、倒三角柱（三角形的尖角動作迎流面）及帶有螺紋的圓棒等，進行了剖析，憑據獲得信號的時域及

覺得帶有螺紋的3mm圓棒在100mm管道中具備的特色，頻域波形。并且壓力流失小。

雙發生體及多發生體方面也有良多新的研討報道。Olsen等對直徑傾向帶有必需寬度槽的圓柱發生體進行研討，除了單產生體形狀參數方面的研討除外。單圓柱發生體變為雙

這時造成的渦街強度和平安性優于單圓柱發生體。Igarashi將這種半圓的雙產生體。

覺得其線性度、迅疾度和壓損均比太古的梯形發生體要好。Bentlei文獻中，雙半圓發生體應用于渦街流量計。剖析了單、雙產生體的渦街造成機制，重點研討了雙產

生體紛歧形狀紛歧地位的成立對測量的影響。Yih-Je-naJan等在文獻中對雙產生體的

生成的渦街具備較強的旋渦強度和較好的平安性，渦街流量計進行了數值仿真籌劃。海內的龔鼓起、彭杰綱等也先后研討并研制了雙發生體渦街流量計。壓力流失小，并且能調低渦街流量計測量下限。

迄今為止，這些研討首要還設立在試驗基礎上。還不可說哪一種形狀堪稱佳。因此，理論和試驗上還需求進一步研討，能給出旋渦發生體形狀和參數通用的設計準則。

3對渦街信號檢測方法的研討

隨同旋渦的造成和仳離，流體甘愿答應旋渦發生體后。旋渦發生體方圓流懂得同步發生流速、壓力革新和

壓電元件，拙劣尾流周期振蕩。依據這些現象能夠進行旋渦仳離頻率的檢測?，F時常用的檢測方法按傳感器來分首要有：熱敏元件。電容元件，應變元件等，其中以壓電元件應用為普遍。對渦街信號檢測方法的研討表當今對已有

檢測方法的改進和新傳感技能在渦街頻率檢測方面的應用。針對壓電傳感器在工業

Miau等人甘愿答應試驗證明了壓電物資外層包以橡膠，現場應用時永存的抗振性差的紕漏。再在外觀敷設一層硅膜，能有效減低壓電晶體對外界振撼的迅疾度。日

覺察用兩片反向建筑的壓電元件作檢測元件，本橫河電機有限公司研討了旋渦升力和管道振撼引起的應力散布的紛歧。感受到由旋渦升力引起的電荷量兩倍于單個壓電元件，而由外界引起的滋擾噪聲能片面獲得抵消。

對超聲檢測渦街頻近來電子技能的發展為渦街信號的檢測供給了許多新的手法。Han等在文獻中。

旋渦發生體拙劣對稱建筑超聲波發射換能器及吸取換能器，率進行了一系列的剖析。超

受到旋渦信號的調制，聲波在流體中傳布時。經信號處置后能獲得渦街頻率信號。這種方法具非斗毆測量的上風，并具備較高的丈量迅疾度，相應渦街

能有效的減小壓損。但只實用于溫度革新較小的氣體和含氣量很小的液體流量的丈量。王波、周曉軍等提出用光纖傳發生體迎流面規范比平常的渦街流量計小。

利用光纖內光強度的革新來進行測量，感器檢測渦街頻率。這種方法能抗電磁滋擾，抗環境噪聲，具備電器絕緣性，但丈量編制較繁瑣，還在設計模型階段。莫德

憑據電磁感應定律，舉等在文獻中提出在旋渦發生體拙劣建筑常久磁鐵和信號電極。用電磁法檢測渦街頻率。Beta等在文獻中將電感傳感器用于渦街頻率的檢測，

這些新型傳感器獲得一連推行和豐盈，獲得了較好的后果?？释诓痪玫拿魈?。生產現場能獲得普遍的應用。

4對渦街信號剖析及處置的研討

因此在工業現場應用時，渦街流量計在骨子上是流體振撼型流量計。管道及各種裝備振撼引起的滋擾

海內外針對這一紕漏從渦街信號處置的角度放寬了大批研討。會調低測量精度。近年來。

抬高丈量精度，A madi-Echendu等提出選用譜剖析方法剖析渦街原始信號。并憑據原始信號特

以監測編制運行。徐科軍等也選用了多種譜剖析方法處置渦點設立仿真信號表達式。

此頻率即為渦街頻率，街信號。Blischk蒙建波和徐科軍等提出基于自順應建模的自順應陷波方法”陷波器掌握一個特定的頻率。并且該頻率幾乎不受

旋渦發生帶寬除外頻率的影響。Menz將多傳感器交融技能應用于渦街頻率測量。

渦街頻率可甘愿答應兩種方法獲得：一是直接甘愿答應一路超聲信號獲得，體拙劣建筑兩路超聲波傳感器。二是對兩路超聲信號作相干處置，獲得旋渦先后甘

愿答應兩測量點的時刻來謀劃渦街頻率。*的渦街頻率是將兩種丈量原理按必需算法交融在總計后獲得的比常用的只用一路信號的丈量方法精度高。Hondoh

以微處置器為中央，文獻中。選用頻譜信號處置技能，利用信號頻譜剖析的結果，

以退卻噪聲，排解帶通濾波器參數。抬高丈量精度。徐科軍、張濤等還提出用

去除噪聲，小波變換的帶通濾波特色對渦街傳感器信號進行濾波。以便準確提取渦街頻率消息。對渦街信號的剖析和處置大多是設立在二次儀表基礎上，真確投入現

設立一種通用信號模板，實應用還需求深刻剖析流體振撼源特色。解決滋擾情勢下渦街信號和噪聲信號的仳離，以準確獲得渦街頻率引。

海內外在渦街流量計智能化研討方面也索要了必需效果，除了上述研討熱門處。將渦街流量計用于多相流測量的研討也有報道，限于篇幅，此不一一詳述。

3研討的難點和趨勢

1渦街流量計的理論基礎還很懦弱

流場對旋渦衰敗的研討大多是氣體風洞即均勻流場中進行的而渦街流量計應用于復舊管道。

其旋渦仳離依序與均勻流場中的旋渦仳離不*相仿，具備三維不均勻性。J.J.Miau

對渦街流量計的丈量不肯定度進行了剖析，文獻中。證明斯特羅哈爾數St和雷諾數Re很大范圍內是非線性關聯，與管道內流場的三維不均勻性有關，這對渦街

為渦街流量計設計供給理論依據。流量計的丈量精度發生很大影響。因此需求流身體學管事者從流量計應用角度對旋渦衰敗的流體振撼依序進行深刻研討。

2渦街流量計應用范圍的擴大

高粘度、低流速和小口徑情勢下難以正確丈量，渦街流量計的應用由于雷諾數的局限。量程受限

傳感器構造方面作優化設計，這需求在旋渦發生體形狀。以順應紛歧的丈量懇求。

渦街流量計可正常測量的溫度、壓力和管道口現時由于渦街頻率丈量元件的局限。

高可蒙受壓力為15MPa可測徑有必須懇求。如測量的溫度范圍為-200℃~400℃。

為渦街流量計的管事范圍的擴大供給了興許。量管徑的范圍為12.5~300mm隨著新的頻率檢測技能和新的傳感技能的一連顯露。

3渦街流量計應用于質量流量的丈量

渦街流量計當今

工業進程自拔編制的發展，大多用于體積流量的丈量。隨著能源計量和治理的加緊。對流量測量的懇求不單僅勾

良多場所如工業生產中各種原料的配比或品德的控制、物料輸送、能源輸送、業務結算等往往都需求明確質留在體積流量的丈量上。

從太古的體積流量計，量流量。質量流量丈量是現時流量丈量中的重點也是難點紕漏。馳過改進、豐盈與抬高，發展成質量流量計，質量流量丈量技能發展的

也是當前研討的一個熱門紕漏。海內外科研管事者都已提出將渦街流量計用于丈量質量流量的方法，一個重要方面。但在傳感器構造，丈量精度等方面還需求進一步豐盈。

本文作者

提出利用單一差壓傳感器丈量質量流量對渦街流量計丈量原理及檢測技能進行深刻研討。

其丈量原理如圖2所示。新方法。

渦街產生體的高拙劣管壁各成立一取壓口。上游的取壓口用于檢測流體在甘愿答應渦街產生體

這時的壓力是一安然值；拙劣取壓口測量獲得的壓力反響了流體流過渦街前的靜壓。

如圖3所示。高拙劣差壓ΔP平均值即為壓力流失，發生體后的壓力流失及發生旋渦后引起的壓力動蕩?？稍佻F為：

1

式中：Cp-壓力系數

ρ-流體密度

U-流體平均流速

與流速U成正比，差壓動蕩的頻率f為渦街頻率。兩者之間關聯如式（2所示：

2

式中

St-斯特勞哈爾數

U1-旋渦發生體兩側平均流速

d-旋渦

發生體迎流面寬度

U-被測介質來

流的平均速度

m-旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比

式（1除以（2后能夠獲得：

md渦街發生體標準參數，3因為St和Cp必需的雷諾數范圍內是常數。也是常數，所以ΔP/f正比于ρU質量流量qm可再現為：

qm=ρUA 4

式中A為流體管道的截面積。比擬式（3和式（4可得：

Km即為儀表的質量流量系數，式中。即儀表系數，一個與旋渦發生體形狀、規范、高拙劣取壓孔地位等

要正確丈量質量流量，有關的物理量。Km必需在必需雷諾數范圍內維系常數。Km值能夠甘愿答應試驗丈量定標獲得。

只要丈量獲得渦街發生體高拙劣的差壓信號，因此。從中獲得流體流經發生體的壓力降和渦街頻率值f經謀劃就能夠直接獲得流體的質量流量。

利用差壓檢測技能，這一方法微妙利用渦街發生體具備的流量特色和阻力特色。甘愿答應單路差壓傳感器

丈量流體的質量流量，同時感受由渦街發生體引起的流體雙重革新特色。同時該方法還具備較好的抗滋擾性。這一方法現時還處于試驗室研討階段，還需求進一步豐盈以產品化。

也可用于氣體流量的丈量，由于渦街流量計既可用于液體。相比其他直接質量流量計如科氏質量流量計和熱式