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1. 分類

渦街流量計(jì)可按下述原則分類。
按傳感器連接方式分為法蘭型和夾裝型。
按檢測(cè)方式分為熱敏式、應(yīng)力式、電容式、應(yīng)變式、超聲式、振動(dòng)體式、光電式和光纖式等。
按用途分為普通型、防爆型、高溫型、耐腐型、低溫型、插入式和汽車型等。
按傳感器與轉(zhuǎn)換器組成分為一體型和分離型。
按測(cè)量原理分為體積流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)。

2. 幾種類型產(chǎn)品簡(jiǎn)介

各類渦街流量計(jì)性能比較如表3所示。
 

表3 不同檢測(cè)方法渦街流量計(jì)比較

　　以下簡(jiǎn)介幾種類型VSF。

⑴ 應(yīng)力式VSF

如圖9所示，應(yīng)力式VSF應(yīng)用檢測(cè)方式1）～4）（見(jiàn)二、2.），它把檢測(cè)元件受到的升力以應(yīng)力形式作用在壓電晶體元件上，轉(zhuǎn)換成交變的電荷信號(hào)，經(jīng) 電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號(hào)。壓電傳感器響應(yīng)快、信號(hào)強(qiáng)、工藝性好、制造成本低、與測(cè)量介質(zhì)不接觸、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬，現(xiàn)場(chǎng)適 應(yīng)性強(qiáng)，可靠性較高，它是目前VSF的主要產(chǎn)品類型。

圖9 應(yīng)力式渦街流量計(jì)
1-表頭組；2-三角柱；3-表體；4-聯(lián)軸；5-壓板；6-探頭；7-密封墊；8-接頭；
9-密封墊圈；10-螺栓；11-銷；12-銘牌；13-圓螺母；14-支架；15-螺栓

但是，它對(duì)管道振動(dòng)較敏感，是其主要缺點(diǎn)，幾年來(lái)，生產(chǎn)廠家做了大量工作以彌補(bǔ)此缺陷：如對(duì)儀表本身結(jié)構(gòu)，檢測(cè)位置以及信號(hào)處理等采取措施；在管道安 裝減震方式下功夫；向用戶提供選點(diǎn)咨詢指導(dǎo)等，已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，當(dāng)然如測(cè)量對(duì)象有較強(qiáng)的振動(dòng)還是不用為好。

（2）電容式VSF

電容式VSF應(yīng)用檢測(cè)方式1）、2），安裝在渦街流量傳感器中的電容檢測(cè)元件相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁（見(jiàn)圖10）。當(dāng)旋渦產(chǎn)生時(shí)，在兩側(cè)形成微小的壓差，使 振動(dòng)體繞支點(diǎn)產(chǎn)生微小變形，從而導(dǎo)致一個(gè)電容間隙減少（電容量增大），另一個(gè)電容間隙增大（電容量下降），通過(guò)差分電路檢測(cè)電容差值。當(dāng)管道有振動(dòng)時(shí)，不 管振動(dòng)是何方向，由振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力同時(shí)作用在振動(dòng)體及電極上，使振動(dòng)體與電極都在同方向上產(chǎn)生變形，由于設(shè)計(jì)時(shí)保證了振動(dòng)體與電極的幾何結(jié)構(gòu)與尺寸相匹 配，使它們的變形量一致，差動(dòng)信號(hào)為零。這就是電容檢測(cè)元件耐振性能好的原因。雖然由于制造工藝的誤差，不可能*消除振動(dòng)的影響，但大大提高了耐振性 能。試驗(yàn)證明，其耐振性能超過(guò)1g。電容式另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可耐高溫達(dá)400^oC，溫度對(duì)電容檢測(cè)元件的影響有兩方面：溫度使電容間介電常數(shù)發(fā)生變化和電極的幾何尺寸隨溫度而變，這些導(dǎo)致電容值發(fā)生變化，另一方面由于溫度升高金屬熱電子發(fā)射造成電容的漏電流增大。試驗(yàn)證明，當(dāng)溫度升高至400^oC時(shí)無(wú)論電容值變化或漏電流增大都未影響儀表的基本性能。

圖10 電容式檢測(cè)元件

　?、?熱敏式VSF

熱敏式VSF采用檢測(cè)方式2）、3），如圖11所示。旋渦分離引起局部流速變化，改變熱敏電阻阻值，恒流電路把橋路電阻變化轉(zhuǎn)換為交變電壓信號(hào)。這種 儀表檢測(cè)靈敏度較高，下限流速低，對(duì)振動(dòng)不敏感，可用于清潔、無(wú)腐蝕性流體測(cè)量。

圖11 熱敏式渦街流量計(jì)
R₁₁，R₁₂-熱敏電阻

　?、?超聲式VSF

超聲式VSF采用檢測(cè)方式5），如圖12所示。由圖可見(jiàn)，在管壁上安裝二對(duì)超聲探頭T₁，R₁，T₂，R₂，探頭T₁，T₂發(fā)射高頻、連續(xù)聲信號(hào)，聲波橫穿流體傳播。當(dāng)旋渦通過(guò)聲束時(shí)，每一對(duì)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦對(duì)聲波產(chǎn)生一個(gè)周期的調(diào)制作用，受調(diào)制聲波被接收探頭R₁，R₂轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大、檢波、整形后得旋渦信號(hào)。儀表有較高檢測(cè)靈敏度，下限流速較低，但溫度對(duì)聲調(diào)制有影響，流場(chǎng)變化及液體中含氣泡對(duì)測(cè)量影響較大，故儀表適用于溫度變化小的氣體和含氣量微小的液體流量測(cè)量。

圖12 超聲式渦街流量傳感器

　　⑸ 振動(dòng)體式VSF

振動(dòng)體式VSF采用檢測(cè)方式2），如圖13所示。在旋渦發(fā)生體軸向開(kāi)設(shè)圓柱形深孔，孔內(nèi)放置軟磁材料制作的輕質(zhì)空心小球或圓盤（振動(dòng)體），旋渦分離產(chǎn) 生的差壓推動(dòng)振動(dòng)體上下運(yùn)動(dòng)，位于振動(dòng)體上方的電磁傳感器檢測(cè)出旋渦頻率。它只適用于清潔度較高的流體（如蒸汽），可用于*溫（427^oC）及極低溫（-268^oC），這是其特點(diǎn)。

圖13 振動(dòng)體式渦街流量計(jì)

　?、?升力式渦街質(zhì)量流量計(jì)

旋渦分離的同時(shí)，旋渦發(fā)生體受到流體作用的升力，升力F的大小為
F=C_LρU²/2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）
式中 　　C_L-旋渦發(fā)生體升力系數(shù)。
以式（5）除以式（1），經(jīng)整理后可得質(zhì)量流量q_m
q_m=ρU(π/4)D²=πD²Sr/2C_Lmd×F/f　　　　　　　　　　　 　 （6） 
由式（6）可看出，質(zhì)量流量q_m與升力F成正比。圖14為原理框圖。從壓電檢測(cè)元件取出旋渦信號(hào)，經(jīng)電荷轉(zhuǎn)換器后分兩路處理：一路經(jīng)有源濾波器、施密特整形器和f/V轉(zhuǎn)換器，獲得與流速成正比的信號(hào)；另一路經(jīng)放大器、濾波器獲得信號(hào)幅值與ρU²成正比的信號(hào)。這兩路信號(hào)經(jīng)除法器運(yùn)算，獲得質(zhì)量流量。

圖14 升力式渦街質(zhì)量流量計(jì)原理框圖

　　該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但信號(hào)幅值與壓電元件穩(wěn)定性、放大器穩(wěn)定性、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、被測(cè)介質(zhì)溫度等多種因素有關(guān)，測(cè)量度難以提高。

⑺ 差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)

流體通過(guò)旋渦發(fā)生體，產(chǎn)生旋渦分離和尾流震蕩，部分能量被消耗和轉(zhuǎn)換，在旋渦發(fā)生體前后產(chǎn)生壓力損失
△p=C_DρU²/2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7）
式中　　 C_D-渦街流量傳感器阻力系數(shù)。
以式（7）除式（1），經(jīng)整理后得質(zhì)量流量q_m
q_m=ρU(π/4)D²=(πD²Sr/2mdC_D)(△p/f) 　　　　　　　　　　　?。?）
圖15示為差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)原理框圖，傳感器輸出與體積流量成正比的頻率，差壓?jiǎn)卧獪y(cè)出旋渦發(fā)生體前后特定位置的差壓△P，經(jīng)計(jì)算單元計(jì)算，獲得質(zhì)量流量q_m。選擇阻力特性和流量特性俱佳的旋渦發(fā)生體，確定取壓孔位置，建立C_D的數(shù)學(xué)模型是技術(shù)關(guān)鍵。

圖15 差壓式渦街質(zhì)量流量計(jì)