渦街流量計產品分類簡述

1. 分類

渦街流量計可按下述原則分類。
按傳感器連接方式分為法蘭型和夾裝型。
按檢測方式分為熱敏式、應力式、電容式、應變式、超聲式、振動體式、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。
按傳感器與轉換器組成分為一體型和分離型。
按測量原理分為體積流量計、質量流量計。

2. 幾種類型產品簡介

各類渦街流量計性能比較如表3所示。
 

表3 不同檢測方法渦街流量計比較

　　以下簡介幾種類型VSF。

⑴ 應力式VSF

如圖9所示，應力式VSF應用檢測方式1）～4）（見二、2.），它把檢測元件受到的升力以應力形式作用在壓電晶體元件上，轉換成交變的電荷信號，經 電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號。壓電傳感器響應快、信號強、工藝性好、制造成本低、與測量介質不接觸、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬，現場適 應性強，可靠性較高，它是目前VSF的主要產品類型。

圖9 應力式渦街流量計
1-表頭組；2-三角柱；3-表體；4-聯軸；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，它對管道振動較敏感，是其主要缺點，幾年來，生產廠家做了大量工作以彌補此缺陷：如對儀表本身結構，檢測位置以及信號處理等采取措施；在管道安 裝減震方式下功夫；向用戶提供選點咨詢指導等，已經取得一定的進展，當然如測量對象有較強的振動還是不用為好。

（2）電容式VSF

電容式VSF應用檢測方式1）、2），安裝在渦街流量傳感器中的電容檢測元件相當于一個懸臂梁（見圖10）。當旋渦產生時，在兩側形成微小的壓差，使 振動體繞支點產生微小變形，從而導致一個電容間隙減少（電容量增大），另一個電容間隙增大（電容量下降），通過差分電路檢測電容差值。當管道有振動時，不 管振動是何方向，由振動產生的慣性力同時作用在振動體及電極上，使振動體與電極都在同方向上產生變形，由于設計時保證了振動體與電極的幾何結構與尺寸相匹 配，使它們的變形量一致，差動信號為零。這就是電容檢測元件耐振性能好的原因。雖然由于制造工藝的誤差，不可能*消除振動的影響，但大大提高了耐振性 能。試驗證明，其耐振性能超過1g。電容式另一個優點是可耐高溫達400^oC，溫度對電容檢測元件的影響有兩方面：溫度使電容間介電常數發生變化和電極的幾何尺寸隨溫度而變，這些導致電容值發生變化，另一方面由于溫度升高金屬熱電子發射造成電容的漏電流增大。試驗證明，當溫度升高至400^oC時無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 電容式檢測元件

　　⑶ 熱敏式VSF

熱敏式VSF采用檢測方式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換為交變電壓信號。這種 儀表檢測靈敏度較高，下限流速低，對振動不敏感，可用于清潔、無腐蝕性流體測量。

圖11 熱敏式渦街流量計
R₁₁，R₁₂-熱敏電阻

　　⑷ 超聲式VSF

超聲式VSF采用檢測方式5），如圖12所示。由圖可見，在管壁上安裝二對超聲探頭T₁，R₁，T₂，R₂，探頭T₁，T₂發射高頻、連續聲信號，聲波橫穿流體傳播。當旋渦通過聲束時，每一對旋轉方向相反的旋渦對聲波產生一個周期的調制作用，受調制聲波被接收探頭R₁，R₂轉換成電信號，經放大、檢波、整形后得旋渦信號。儀表有較高檢測靈敏度，下限流速較低，但溫度對聲調制有影響，流場變化及液體中含氣泡對測量影響較大，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量。

圖12 超聲式渦街流量傳感器

　　⑸ 振動體式VSF

振動體式VSF采用檢測方式2），如圖13所示。在旋渦發生體軸向開設圓柱形深孔，孔內放置軟磁材料制作的輕質空心小球或圓盤（振動體），旋渦分離產 生的差壓推動振動體上下運動，位于振動體上方的電磁傳感器檢測出旋渦頻率。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。

圖13 振動體式渦街流量計

　　⑹ 升力式渦街質量流量計

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

圖14 升力式渦街質量流量計原理框圖

　　該方法結構簡單，但信號幅值與壓電元件穩定性、放大器穩定性、現場安裝條件、被測介質溫度等多種因素有關，測量度難以提高。

⑺ 差壓式渦街質量流量計

流體通過旋渦發生體，產生旋渦分離和尾流震蕩，部分能量被消耗和轉換，在旋渦發生體前后產生壓力損失
△p=C_DρU²/2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7）
式中　　 C_D-渦街流量傳感器阻力系數。
以式（7）除式（1），經整理后得質量流量q_m
q_m=ρU(π/4)D²=(πD²Sr/2mdC_D)(△p/f) 　　　　　　　　　　　　（8）
圖15示為差壓式渦街質量流量計原理框圖，傳感器輸出與體積流量成正比的頻率，差壓單元測出旋渦發生體前后特定位置的差壓△P，經計算單元計算，獲得質量流量q_m。選擇阻力特性和流量特性俱佳的旋渦發生體，確定取壓孔位置，建立C_D的數學模型是技術關鍵。

圖15 差壓式渦街質量流量計