涡街流量计误差生成的原因及处理

  涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，涡街流量变送器中设置有旋涡发生体(阻流体)，在流体从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为v，旋涡发生体迎面宽度为d,表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式

  K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2x104~7x106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，涡街流量计的流量计算式为

  由上式可见，涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。

  由式(2)和式(4)可知，经过测量旋涡频率就可以计算出流过涡街流量计的流量。

  由涡街流量计的工作原理及图2的斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线我们大家可以知道，在雷诺数为2x104一7X106范围内，曲线是平坦的，是仪表正常工作范围。在雷诺数为5 X 103一2x104范围内曲线不再平坦，虽然也在仪表的工作范围内，但因为斯特劳哈尔数增大，会产生测量误差，流量系数需经校正后才可能正真的保证流量测量精确度。

  雷诺数影响的校正一般有两种方法。一种是在流量二次表中完成，适用于涡街流量计本身无校正能力的测量系统。另一种是在涡街流量传感器(变送器)中实现，适用于涡街流量计本身有校正能力的测量系统。

  由涡街流量计的工作原理和式(3)我们大家可以看出，涡街流量计流量系数K受流体温度的影响由两部分组成，一是由发生体宽度d变化引起，另一个由管道内径D变化引起。从式(1)中能够准确的看出，f与d成反比，流体温度上升，流量示值偏低;K与D2成反比，流体温度上升后，D增大，K减小，流量示值偏低。由于实际中使用的流体温度与设计时的流体温度有较大的差异，由此引入的误差是可观的。

  在被测流体中如果存在着乳性颗粒或夹杂较多的纤维状物质，则会逐渐堆积在旋涡发生体迎流面上，使其几何形状和尺寸发生明显的变化，因而流量系数也相应变化，产生误差。

  发生体迎流面堆积产生的影响目前无好的校正方法。在必要的情况下，能够最终靠定期更换发生体的办法解决。

  正常情况下，涡街流量计旋涡发生体的迎流面的两条棱边是锐利的，但如果被测流体中含有固形物，则锐缘非常容易被磨损而变成圆弧，由于几何形状和尺寸发生了变化，也会引起流量系数K的变化。随着锐缘半径r的增大，涡街流量计的流量系数相应增大，流量示值也呈正比地增大。

  发生体锐缘磨损后，应对仪表的流量系数重新标定，当磨损严重、流量系数变化太大时，应考虑更换发生体。在制造涡街流量计时，选择耐磨性能优良的材质制造发生体，是根本的、积极的办法。

  现场中的工艺管道种类非常之多，一般的情况下，与涡街流量计连接的管道，其内径与涡街流量计测量管内径并不完全一致。当管道内径等于或略大于涡街流量计测量管内径时，流量系数正常。若管道内径小于测量流量管内径时，由于流体流过截面积突变的管段时会产生二次流，因此流量示值会出现非常明显的波动，产生误差。

  当管道内径小于测量管内径(3%)时，虽然不会对仪表本身的流量系数产生一定的影响，但因流通截面积突变引起流速变化可能会产生附加测量误差。这时，可通过修正流量系数K来补偿，其修正系数FD的表达式为:

  涡街流量计误差产生的原因多种多样，本文所述的仅仅是目前常见的几种典型情况，由于涡街流量计种类非常之多，各种涡街流量计在流量测量中的误差也不完全一样。只要我们在实际在做的工作中深入现场，仔仔细细地观察，仔细分析，就不难发现问题并进行针对性的处理，就能保证流量的正确测量。