淺談渦街流量計與孔板流量計的區別
淺談渦街流量計與孔板流量計的區別
渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發生體，流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的游渦的儀表。孔板節流裝置由于結構簡單，造價低、可靠等優點，它幾乎適用于所有介質測量，而與之配套的差壓變送器發展迅速，使其本身具有的不足得以彌補。本文就我多年的工作經驗總結出渦街流量計和孔板流量計的區別。
一、渦街流量計與孔板流量計目前的技術水平
渦街流量主的基本結構由渦街發生體、檢測元件、信號處理放大電路組成，目前對于渦街發生體的研究已達到相當完善的程度，以三角型發生體為型體，檢測元件有熱敏電阻、應變片、壓電晶體、差動電容、超聲波等。信號處理部分有許多已微機化。目前，孔板流量計的技術發展水平仍以確定的經驗公式為基礎，1980年國際標準化組織將R541與R781兩個標準合并成標準ISO5167（1980）。
二、工作原理
渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發生體后上下交替產生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發生體的流體平均速度及旋渦發生體特征寬度有關，可用下式表示：F＝Stv／d式中：f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過旋渦發生體的流體平均速度，m/s；d為旋渦發生體特征寬度，m；St為斯特羅哈數，無量綱，它的數值范圍為0.14～0.27。St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。當雷諾數Re在102～105范圍內，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數在102～105，旋渦頻率f＝0.2v/d。由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發生體的流體平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發生體的截面積。這些交替變化的旋渦就形成了一系列交替變化的負壓力，該壓力作用在檢測探頭上，便產生一系列交變電信號，經過前置放大器轉換、整形、放大處理后，輸出與旋渦同步成正比的脈沖頻率信號或標準信號。
孔板流量計是充滿管道的流體，當它們流經管道內的節流裝置時，流速將在節流裝置的節流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節流件前后便產生了壓力降，即壓差，介質流動的流量越大，在節流件前后產生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續性定律為基準的。渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，但其發展迅速，目前已成為通用的一類流量計。
1、優點
（1）渦街流量計無可動部件，測量元件結構簡單，性能可靠，使用壽命長。
（2）渦街流量計測量范圍寬。量程比一般能達到1:10。
（3）渦街流量計的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數的影響。一般不需單獨標定。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。
（4）它造成的壓力損失小。
（5）準確度較高，重復性為0.5%，且維護量小。一次元件的流量特性對控制系統產生的影響。由于渦街的輸出頻率與流量成線性關系，當它與調節閥，調節器級成一個控制系統時，相當于一個時滯和時間常數都小到可忽略的一個滯后環節，可視為比例環節，廣義對象的特性*取決于回路中其他環節，對控制系統幾無影響。
2、缺點
（1）渦街流量計工作狀態下的體積流量不受被測流體溫度、壓力、密度等熱工參數的影響，但液體或蒸汽的最終測量結果應是質量流量，對于氣體，最終測量結果應是標準體積流量。質量流量或標準體積流量都必須通過流體密度進行換算，必須考慮流體工況變化引起的流體密度變化。
（2）造成流量測量誤差的因素主要有：管道流速不均造成的測量誤差；不能準確確定流體工況變化時的介質密度；將濕飽和蒸汽假設成干飽和蒸汽進行測量。這些誤差如果不加以限制或消除，渦街流量計的總測量誤差會很大。
（3）抗振性能差。外來振動會使渦街流量計產生測量誤差，甚至不能正常工作。通道流體高流速沖擊會使渦街發生體的懸臂產生附加振動，使測量精度降低。大管徑影響更為明顯。
（4）對測量臟污介質適應性差。渦街流量計的發生體極易被介質臟污或被污物纏繞，改變幾何體尺寸，對測量精度造成極大影響。
（5）直管段要求高。專家指出，渦街流量計直管段一定要保證前40D后20D，才能滿足測量要求。
（6）耐溫性能差。渦街流量計一般只能測量300℃以下介質的流體流量。
三、孔板流量計
1、優點
（1）標準節流件是通用的，并得到了國際標準組織的認可，無需實流校準，即可投用，在流量計中亦是的。
（2）結構易于復制，簡單、牢固、性能穩定可靠、價格低廉。
（3）應用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，一般生產過程的管徑、工作狀態（溫度、壓力）皆有產品。
（4）檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產，便與專業化規模生產。
2、缺點
（1）測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于它的輸出與流量成線性關系，回路增益隨著流量而變化，雖然利用調節閥的流量特性來補償廣義對象的線性影響，但效果并不明顯，因此，必須引入開方器，開方器的引入雖然使廣義對象的特性不隨工作點而變化，明顯改變了調節品質，但在小流量時反應快、靈敏、容易引起系統，調節誤差增大，精確度難于提高。
（2）范圍度窄，由于流量系數與雷諾數有關，一般范圍度僅3:1～4:1。
（3）有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；
（4）壓力損失大。通常為維持一臺孔板流量計正常運行，水泵需要附加動力克服孔板的壓力損失。該附加耗電量可直接由壓力損失和流量計算確定。一年約需多耗電數萬度，折合人民幣數萬元。
（5）孔板以內孔銳角線來保證精度，因此對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強檢一次。
（6）采用法蘭連接，易產生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量。
綜上所述，流量計合理的選擇是一個企業節能降耗的重要環節，也為生產的順利進行，提供了重要的依據。
