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渦街流量計(jì)的應(yīng)用問題
一、渦街流量計(jì)的原理
1、渦街流量計(jì)的測量原理在于：卡門渦街的漩渦個(gè)數(shù)與流量呈簡單的線性正比關(guān)系，通過對卡門渦街的漩渦計(jì)數(shù)，即可得到流量。
2、流量計(jì)銘牌上給出的儀表系數(shù)的含義在于：？？個(gè)漩渦＝1m3。
二、渦街流量計(jì)的原理特點(diǎn)
1、在寬廣的雷諾數(shù)范圍之內(nèi)，儀表系數(shù)不變，構(gòu)建高精度的基礎(chǔ)，因此：
（1）可氣液通用
（2）無需實(shí)液標(biāo)定：采用任何可測流體標(biāo)定結(jié)果，可直接用于實(shí)際測量，無需修正
（3）無需對流體特性進(jìn)行修正，即可高精度測得工況體積流量。
2、量程比僅限于雷諾數(shù)范圍以及精度等級的要求，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百比一的量程比
3、數(shù)字式原理，可獲得極低的重復(fù)性誤差
4、低壓力損失，具備優(yōu)良的節(jié)能效力
三. 渦街流量計(jì)的構(gòu)成
1、流通管（流量計(jì)本體）及渦街發(fā)生體——用于產(chǎn)生穩(wěn)定度最高的兩列交差排列的漩渦列，即卡門渦街。
2、傳感器——將漩渦轉(zhuǎn)換成電信號.
3、信號處理系統(tǒng)——對傳感器信號進(jìn)行處理，剔除各類干擾信號，識別出漩渦個(gè)數(shù)
4、信號的變送部份——將流量信號變換為標(biāo)準(zhǔn)信號（如4~20mA、Hart、FF），向其他設(shè)備（如DCS）傳送流量數(shù)據(jù)。
（渦街流量計(jì)的構(gòu)成）
四. 渦街流量計(jì)的原理性限制：
1、必須能產(chǎn)生卡門渦街，且斯特羅哈爾數(shù)的變化低于標(biāo)稱的精度等級。因此，流場必須為紊流場，即流體雷諾數(shù)須大于2300，因此限定渦街流量計(jì)不可用于黏稠液體。通常，對于粘度超過10cP的液體須核算雷諾數(shù)。
五. 渦街流量計(jì)實(shí)際產(chǎn)品的選用限制
1、振動(dòng)干擾問題
（1）原理
a. 為保證傳感器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中必須的耐污性能、耐高低溫性能、長期可靠穩(wěn)定等重要指標(biāo)，曾經(jīng)使用的熱敏式、磁敏式、激光尾流檢測式、超聲波尾流檢測式等方式被普遍放棄，采用力敏方式進(jìn)行旋渦重復(fù)頻率的檢測成為首選方式，卻因此導(dǎo)致傳感器同時(shí)對機(jī)械振動(dòng)敏感。
b. 工業(yè)現(xiàn)場無處不在的機(jī)械振動(dòng)，在頻譜范圍、幅度特性等方面與渦街信號無特征差異，難以區(qū)分，并且，常與渦街信號共有侵入途徑。
c. 當(dāng)流量信號降低到與振動(dòng)干擾信號幅度相當(dāng)時(shí)，渦街流量計(jì)將干擾信號或干擾信號與流量信號的混合信號誤識為流量信號，呈現(xiàn)數(shù)字信號特有的“崩潰”現(xiàn)象，使得流量測量呈現(xiàn)極大誤差甚至還會連流量變化趨勢都不能反映，完全不能使用。
d. 由于漩渦升力的強(qiáng)度與流體流速的平方成正比，同時(shí)與流體密度成正比，流速越低、流體密度越低，流量信號越為微弱，振動(dòng)干擾影響愈為強(qiáng)烈。
e. 如欲測量低流速的低壓氣體流量，渦街流量計(jì)的傳感器靈敏度必須與麥克風(fēng)相當(dāng)，此時(shí)，即使是人已很難感受的機(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的干擾信號，強(qiáng)度往往已超過流量信號，致使測量失敗。
f. 渦街流量傳感器對機(jī)械振動(dòng)敏感的問題，令其應(yīng)用范圍大為減少，對于抗振能力低于0.5g的產(chǎn)品，在進(jìn)行液體流量檢測時(shí)，如流量高于0.6m/s，振動(dòng)不強(qiáng)烈，基本可以運(yùn)行良好，而在進(jìn)行氣體流量檢測時(shí)，常因氣體密度低，漩渦升力微弱，低于15m/s的流量信號很容易淹沒在各類干擾之中，將難以識別。
（2）表現(xiàn)
a.零點(diǎn)不穩(wěn)，無流量，有指示
不同于差壓式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等模擬式流量計(jì)，渦街流量計(jì)原始信號本源上是數(shù)字式，是通過識別漩渦的有無，進(jìn)而對漩渦進(jìn)行計(jì)數(shù)得到流量，單位時(shí)間內(nèi)的漩渦數(shù)量代表瞬時(shí)流量，因此小流量對應(yīng)的渦街流量信號是低頻信號，而非簡單的小信號，而振動(dòng)干擾卻未必是低頻，通過小信號截除的方式基本不能消除零點(diǎn)不穩(wěn)。
（圖2：振動(dòng)干擾下，半水煤氣總管“渦街信號”，管徑2200mm）
（圖3：高分辨率干擾信號頻譜識別及抑制系統(tǒng)從圖2信號中提取到的真正渦街信號，流速低至0.25-1m/s）
由于渦街信號的強(qiáng)度與流速的平方成正比關(guān)系，有效的處理方式是通過降低信號增益（即降低渦街流量計(jì)的靈敏度），將強(qiáng)度與干擾信號相當(dāng)?shù)牧髁啃盘柵c干擾信號一同舍棄，以保證零點(diǎn)的穩(wěn)定，但將直接導(dǎo)致測量下限升高。
b.測量下限過高，有流量，無指示
為維持零點(diǎn)，須通過降低信號增益（即降低渦街流量計(jì)的靈敏度），將強(qiáng)度與干擾信號相當(dāng)?shù)牧髁啃盘柵c干擾信號一同舍棄，但是如果抗振動(dòng)干擾的能力不足，很容易出現(xiàn)常用流量時(shí)的流量信號依舊弱于振動(dòng)干擾信號，為維持零點(diǎn)抑制干擾，導(dǎo)致流量信號一并被抑制，流量計(jì)測量下限超過實(shí)際流量，產(chǎn)生“有流量，無指示”的現(xiàn)象，致使測量失敗。
不同于差壓式儀表，限于卡門渦街穩(wěn)定性的基本原理，以及產(chǎn)品國標(biāo)中對于壓力損失的限定，基本不能通過改變結(jié)構(gòu)、尺寸來改善測量下限。
（典型的“有流量，無指示”現(xiàn)象）
c.測量誤差嚴(yán)重，甚至連流量變化的趨勢也不能反應(yīng)
誤將振動(dòng)干擾識別為渦街信號，流量計(jì)給出的示值正比于干擾信號頻率，與實(shí)際流量無關(guān)，常表現(xiàn)為：流量變化，而示值不變，測量失敗。
誤將振動(dòng)干擾信號與流量信號的混合信號識別為渦街信號，流量計(jì)給出的示值產(chǎn)生無法預(yù)計(jì)的誤差。常見的變現(xiàn)是：流量計(jì)示值劇烈波動(dòng)。
（包絡(luò)線含流量信息，其他為干擾）
2、量程比問題
（1）選用渦街流量計(jì)的重要原因在于：優(yōu)于差壓式流量計(jì)的量程比，而量程比直接來源于更低的測量下限，以及更高的測量上限。
a.抗振能力直接制約測量下限
小流量時(shí)渦街信號微弱，極易與干擾混淆，甚至湮沒在干擾信號之中，提高抗干擾能力是解決問題的唯一途徑。渦街流量計(jì)的干擾信號主要來源于機(jī)械振動(dòng)及電磁干擾，其中，電磁干擾因其侵入途徑異于渦街信號，易于消除。（值得一提的是：由于特定的背景環(huán)境，國產(chǎn)渦街流量計(jì)在抗電磁干擾方面普遍優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品）而振動(dòng)干擾因其侵入途徑、信號特征與渦街信號相同，難于分辨，渦街的干擾問題核心依舊是振動(dòng)干擾。
影響渦街流量計(jì)測量精度的斯特羅哈爾數(shù)的穩(wěn)定性受限于雷諾數(shù)，在現(xiàn)場，主要的影響來源于流體粘度，而非流體密度、流速，擔(dān)心低密度、低流速氣體不能產(chǎn)生渦街的想法是不正確的，對于大多數(shù)管徑的工業(yè)管道，氣體因粘度極低，即使在極低流速（如0.2m/s），雷諾數(shù)依舊遠(yuǎn)超渦街流量計(jì)的要求。低粘度液體因其高密度，也同樣易于滿足渦街流量計(jì)對雷諾數(shù)的要求。
b.傳感器強(qiáng)度及信號處理系統(tǒng)帶寬制約測量上限
由于漩渦升力與流體流速的平方呈正比，隨流速升高，渦街流量計(jì)傳感器受力急劇上升，流速提高30倍，傳感器受力將提升900倍，渦街信號的這種基本特征顯然要求傳感器在具備極高靈敏度的同時(shí)，必須具有足夠強(qiáng)度，確保安全。但傳感器的高強(qiáng)度又難于兼顧小流量所需的高靈敏度，更大的破壞還來源于高頻渦街導(dǎo)致傳感器共振，致使傳感器性能衰竭甚至斷裂，威脅下游設(shè)備的安全。直接限制渦街流量計(jì)的測量上限。
量程比也直接受限于信號處理系統(tǒng)的帶寬，為實(shí)現(xiàn)4～20mA兩線制標(biāo)準(zhǔn)，必須嚴(yán)格限制電子線路耗電，而電子線路耗電與帶寬密切關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步限制渦街流量計(jì)的測量上限。
隨流速升高，流動(dòng)噪音隨之增高，漩渦列的穩(wěn)定度隨之下降，渦街流量計(jì)漏計(jì)漩渦的比例大幅升高，產(chǎn)生“漏波”現(xiàn)象，表現(xiàn)為：流速超過產(chǎn)品上限時(shí)，流量越大、指示越小的“倒走”現(xiàn)象，測量失敗。
（2）現(xiàn)場實(shí)踐表明：抗振能力低于0.5g的渦街流量計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，測量下限通常還達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)孔板的水平，靠上限的優(yōu)勢取得優(yōu)于差壓式流量計(jì)的量程比，常需承擔(dān)傳感器斷裂、流量計(jì)示值“倒走”的風(fēng)險(xiǎn)，難于實(shí)現(xiàn)期待的量程比。
（3）從制造商的產(chǎn)品樣本及第三方檢定證書數(shù)據(jù)很容易發(fā)現(xiàn)：寬量程比的渦街流量計(jì)，必然具備優(yōu)良的抗振能力。
（4）渦街流量傳感器不同于差壓式儀表，限于卡門渦街穩(wěn)定性的基本原理，無法通過改變結(jié)構(gòu)、尺寸來進(jìn)行測量范圍的遷移，每種管徑規(guī)格渦街流量計(jì)的流量可測量范圍完全依賴量程比范圍。
（5）正因限制渦街流量計(jì)量程比的因素復(fù)雜，市場產(chǎn)品差異巨大，多數(shù)產(chǎn)品量程比在5~10 : 1，高端進(jìn)口產(chǎn)品基本在15～17 : 1，距離選擇渦街流量計(jì)的初衷依舊存在明顯不足。
3.其他選用問題
a.直管段長度的需求：包括進(jìn)口產(chǎn)品在內(nèi)的絕大多數(shù)渦街流量計(jì)，對于所需直管段長度的描述來源于廢止的孔板標(biāo)準(zhǔn)，缺乏依據(jù)，實(shí)際應(yīng)用中，宜謹(jǐn)慎甄別。由于大多數(shù)渦街流量計(jì)采用的是單根“三角柱”渦街發(fā)生體，對于直管段的實(shí)際要求如存在明顯差異，缺乏依據(jù)。
b.冗余結(jié)構(gòu)的渦街流量計(jì)，可能精度及穩(wěn)定性明顯下降，與選用的初衷背道而馳，宜要求第三方檢定。
c.檢測低溫（如LNG）、高溫（如水蒸汽）的渦街流量計(jì)，往往存在傳感器靈敏度快速衰落、甚至壽命過短的問題，不實(shí)的耐高溫指標(biāo)聲明普遍存在，即使是進(jìn)口產(chǎn)品。
d.接液材質(zhì)、法蘭標(biāo)準(zhǔn)、通訊接口等其他非渦街流量計(jì)特有性能指標(biāo)，參考樣本選擇即可。