摘要：流量計檢定工作是在實驗室標(biāo)準(zhǔn)裝置下完成的，對渦街流量計來說，出廠檢定不但對于確定儀表性能參數(shù)是必不可少的，對于發(fā)現(xiàn)整體安裝乃至零部件制造質(zhì)量問題也是至關(guān)重要的。對渦街流量計測量特性做了簡要的介紹，采用現(xiàn)場實驗的方法，通過在蘭州石化公司水、氣兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定數(shù)據(jù)的對比，試著分析探討在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，檢定介質(zhì)是否會對渦街流量計的儀表系數(shù)產(chǎn)生影響。

1、渦街流量計原理

在流動的流體中插入一個斷面為非流線型的柱狀物體時，從柱狀物體兩側(cè)會產(chǎn)生兩列交替產(chǎn)生的旋渦。這個現(xiàn)象被稱為“卡門渦街”現(xiàn)象。漩渦列在漩渦發(fā)生體下游非對稱地排列。研究表明旋渦分離的頻率與介質(zhì)流速成正比，與柱體的寬度成反比。根據(jù)卡門渦街原理，有如下關(guān)系式：

f=SrV/d   (1)

式中：漩渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)流動的平均速度為V，漩渦發(fā)生體迎面寬度為d，管道內(nèi)徑為D，Sr為斯特勞哈爾數(shù)。根據(jù)卡門渦街原理，有如下關(guān)系式：

由上面的式子可見，在管徑和柱體寬度已知的情況下，只要測量旋渦頻率便可測出流體流速和瞬時流量。

所以：K=f/qv=［4Sr/πD²d］   (3)

式中：K---流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m³(P/m³)。

K除了與漩渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。圖1所示為漩渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系。

斯特勞哈爾數(shù)(Sr)是通過試驗確定的無因次數(shù)。圖1中表示出了斯特勞哈爾數(shù)(Sr)和雷諾數(shù)(Re)的關(guān)系，曲線的平直部分對應(yīng)渦街流量計正常測量的范圍。只要檢測出頻率f就可以求得管內(nèi)的流速。

由以上的分析可以看出在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，渦街流量計輸出頻率信號同流過測量管的體積流量之間的關(guān)系不受流體物性(密度、黏度)和組分的影響，即流量系數(shù)只與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，與檢定介質(zhì)無關(guān)。因此，只要在一種典型介質(zhì)中標(biāo)定其流量系數(shù)，就可以適應(yīng)于各種介質(zhì)。但是超過這一范圍，就可能要產(chǎn)生影響了。為了解決本為前言中提出的疑問，我們進(jìn)行了實際檢定，驗證該結(jié)果在實際工作中可以參考。

2、試驗準(zhǔn)備

本次測試采用的兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置具有較高的不確定度和穩(wěn)定度，并且通過甘肅省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的考核認(rèn)證，可以作為計量標(biāo)準(zhǔn)向下傳遞。

裝置1：0.5級負(fù)壓法音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置---氣標(biāo)。

裝置2：0.05級質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置---水標(biāo)。

被檢對象：選用一臺脈沖輸出、準(zhǔn)確度等級1.0級、儀表線性和重復(fù)性較好的北京菲薄DN150渦街流量計作為被測流量計。

3、實驗數(shù)據(jù)

4、實驗數(shù)據(jù)分析

1)*先，檢定時盡量選擇流量點對應(yīng)的雷諾數(shù)在2×10^4～7.2×10^6范圍內(nèi)，確保流量計的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，且在兩套裝置上流量點的雷諾數(shù)盡量相近，從而可以驗證公式(3)是否在實際應(yīng)用中可以成立，即渦街流量計在檢定范圍內(nèi)，儀表系數(shù)是否和檢定介質(zhì)無關(guān)。

2)表1、2分別是流量計在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上通過實際檢定得到的檢定數(shù)據(jù)，兩套裝置各自檢定結(jié)果的儀表線性、重復(fù)性均合格。但從兩個裝置檢測數(shù)據(jù)比對分析看來，在合適雷諾數(shù)范圍內(nèi)，同樣一臺檢定合格的渦街流量計，在不同介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定數(shù)據(jù)相差還是很明顯的，儀表系數(shù)相差2.5%左右，而且k系數(shù)曲線趨勢也并不相同，如圖2所示。

3)從結(jié)果看來，至少在這兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上，在蘭州石化所使用流量計的檢定中，不同檢定介質(zhì)會對標(biāo)定出來的儀表系數(shù)有較大影響。用水標(biāo)定的智能渦街流量計，用來測量空氣或者蒸汽，需要重新用空氣再進(jìn)行一次標(biāo)定，調(diào)整系數(shù)。

5、實驗不足

通過在本單位兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上的實際檢定，可以看到蒸汽渦街流量計的儀表系數(shù)的確在不同介質(zhì)的檢定裝置上有一定誤差。但是，實驗中也仍然存在很多不足：兩套裝置一個是正壓檢定、一個是負(fù)壓檢定，而且前后直管段的長度也不同等這些因素也可能是引起儀表系數(shù)誤差的原因。如何能更好、更科學(xué)地驗證渦街流量計儀表系數(shù)不受標(biāo)定介質(zhì)的影響，仍需要進(jìn)一步的工作。