渦街流量計(jì)測量準(zhǔn)確度影響因素的探討

高山

（安徽銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司銅冠冶化分公司，244000）

目前，在冶煉、化工企業(yè)現(xiàn)場最常用的流量計(jì)是渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)和電磁流量計(jì)，而渦街流量計(jì)因測量范圍寬、維護(hù)簡單、適應(yīng)多種介質(zhì)類型等特點(diǎn)，得到了越來越多的實(shí)際應(yīng)用，使用效果也得到用戶的認(rèn)可。但是，由于渦街流量計(jì)的測量特性，其測量準(zhǔn)確度高低受外界因素影響較多，容易出現(xiàn)測量不準(zhǔn)、測量不穩(wěn)定的問題，如果處理不當(dāng)將會(huì)產(chǎn)生較大的測量誤差。

1 渦街流量計(jì)簡介

渦街流量計(jì)是一種根據(jù)卡門原理測量氣體、蒸汽或液體體積流量、標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。主要用于測量工業(yè)管道中介質(zhì)流體的流量，如氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)，包括液體流量計(jì)和氣體流量計(jì)。

2 渦街流量計(jì)的工作原理

渦街流量計(jì)的工作原理是根據(jù)流體力學(xué)現(xiàn)象中振動(dòng)頻率與流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系。它適用于多種流體（液體、氣體、蒸汽、水等）。它具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍廣、價(jià)格合理、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。

在流體中設(shè)置有漩渦發(fā)生器，交替產(chǎn)生兩個(gè)規(guī)則漩渦。如圖1所示，稱為卡門渦街現(xiàn)象。這些漩渦是不對(duì)稱地布置在漩渦發(fā)生器的下游。

圖1 渦街流量計(jì)原理

設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)的平均流速為v，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，流體流經(jīng)的管道直徑為D，則頻率與流速的關(guān)系可用（1）式表示：

式中Sr-斯特勞哈爾常；qv-體積流量，m3/s；qm-質(zhì)量流量，kg/s；f-輸出頻率；K-儀表常數(shù)；ρ-流體密度，kg/m3

從公式3中看出當(dāng)K恒定時(shí)，流量qv和頻率f呈線性關(guān)系。

由公式4式看出，特定流量計(jì)的口徑D、d已確定，K只和Sr且僅與之相關(guān)。

根據(jù)流體力學(xué)，儀表常數(shù)K會(huì)受到流體流速v與流體粘度的影響。

3 渦街流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響因素分析

由公式5可知，質(zhì)量流量與密度有關(guān)，也受管道壓力、流體類型、蒸汽濕度、環(huán)境等因素的影響，這些因素直接關(guān)系到流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度。

3.1 干度變化

用渦街流量計(jì)測量飽和蒸汽時(shí)，要求飽和蒸汽濕度小于15%。然而，當(dāng)飽和蒸汽在管道中輸送一定距離時(shí)，飽和蒸汽的濕度將超過15%，這將降低結(jié)果。

市場上測量蒸汽的流量計(jì)首先測量體積流量，然后根據(jù)蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量，即假設(shè)蒸汽完全干燥。

如果不考慮蒸汽干度的影響，得到的數(shù)據(jù)將低于實(shí)際流量。因此，流量計(jì)的二次儀表應(yīng)具有設(shè)定飽和蒸汽濕度和校正功能。同時(shí)，提高蒸汽質(zhì)量的流量計(jì)總體可以提高流量計(jì)的精度。

改進(jìn)措施：在流量計(jì)出口（7～8）D處加裝一個(gè)濕度變送器，根據(jù)以下公式修正：

V-XVg+（1-X）Vf

式中：V-濕蒸汽比容，m3/kg；X-干度，%；Vg-飽和蒸汽的比容，m3/kg；Vf-水的比容，m3/kg；（1-X）-濕度，%

3.2 壓力變化

由于在現(xiàn)場使用場合，管道中會(huì)有很多閥門，任何閥門的動(dòng)作都會(huì)改變管道中的壓力值，改變壓力就是改變蒸汽的密度。同時(shí)，打開閥門的動(dòng)作也會(huì)改變管道內(nèi)蒸汽的流量，造成測量誤差。

改進(jìn)措施：根據(jù)壓力變化情況對(duì)流量密度進(jìn)行修正，同時(shí)，在不必要的情況下減少閥門的操作。

3.3 管道及流量計(jì)震動(dòng)

渦街流量計(jì)儀表系數(shù)誤差與管道振動(dòng)速度有關(guān)，整體抗震性能較差。隨著管道振動(dòng)頻率的增加，儀表系數(shù)減小。如果管道和流量計(jì)沒有適當(dāng)加強(qiáng)，或流量計(jì)在電機(jī)附近振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)干擾渦街流量計(jì)，使流量計(jì)測量值偏高或?qū)е铝髁颗袛噱e(cuò)誤。

改進(jìn)措施：根據(jù)施工要求加固流量計(jì)，在流量計(jì)前端和后端安裝緊固裝置，并添加防震墊。

3.4 流量計(jì)出口側(cè)通向大氣

渦街流量計(jì)出口側(cè)直接通向大氣，前后壓差過大，無法正確反映流量變化，主要是由于管道布置不合理造成的。

改進(jìn)措施：在傳感器的進(jìn)口端加裝整流器。

4 流量計(jì)日常使用中的維護(hù)方法

4.1 流量計(jì)的保養(yǎng)

（1）定期清洗，探頭是流量計(jì)的重要構(gòu)造，如果探頭檢測孔被堵塞，或者被其他物體纏繞、包裹，將對(duì)正常測量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確；

（2）防潮處理，大部分探頭沒有經(jīng)過防潮處理，如果使用環(huán)境較為潮濕，或清洗之后沒有進(jìn)行烘干，將導(dǎo)致流量計(jì)性能受到一定影響，導(dǎo)致運(yùn)行不暢；

（3）定期檢查，流量計(jì)的使用盡量減少外界的干擾，嚴(yán)格檢查流量計(jì)接地和屏蔽狀況，確保流量計(jì)測量的準(zhǔn)確性；

4.2 流量計(jì)的日常維護(hù)

（1）對(duì)流量計(jì)的使用進(jìn)行日常防護(hù)，保護(hù)流量計(jì)內(nèi)襯，并減少油類物質(zhì)的接觸，避免影響流量計(jì)的絕緣內(nèi)襯。同時(shí)避免硬性挫傷破壞表面光潔度。

（2）避免振動(dòng)，流量計(jì)內(nèi)部有非常精確的部件，如果發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，將導(dǎo)致內(nèi)部變形或斷裂，同時(shí)避免腐蝕性液體流入。

（3）差壓零點(diǎn)清零，每隔10天左右進(jìn)行。

4.3 流量計(jì)的檢定校準(zhǔn)

為確保流量計(jì)保持測量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，需要在一段時(shí)間內(nèi)（一般是一年）對(duì)其進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，檢定需要送到政府指定的計(jì)量檢定單位進(jìn)行，校準(zhǔn)可以外委或自行操作，可以使用更高水平的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)渦街流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，需要注意校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、校準(zhǔn)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)器精度等級(jí)是否滿足實(shí)際使用的需求。

5 結(jié)語

我們通過對(duì)渦街流量計(jì)測量準(zhǔn)確度影響因素的分析，掌握了最重要的影響因素，有針對(duì)性采取措施進(jìn)行解決，最大程度消除或降低其影響。并在渦街流量計(jì)測量流量時(shí)，采用壓力、溫度、流速補(bǔ)償進(jìn)一步確保測量準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的測量。同時(shí)也要做好日常維護(hù)保養(yǎng)，保證流量計(jì)的正常、精準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)。