渦街流體振動(dòng)現象應用于測量的研究開(kāi)始于20世紀50年代，到20世紀80年代基于不同檢測方法的渦街流量計發(fā)展異常迅速，目前已躋身通用流量計之列。

       渦街流量計在投入使用之前，需要根據其所測介質(zhì)是液體或氣體選擇相應的標定系統標定，從而確定儀表系數、測量范圍、精度以及電路參數。針對DN300渦街流量計在液體介質(zhì)中的使用，我們選擇了3臺送往開(kāi)封國家水大流量計量站進(jìn)行標定，確定了其儀表系數、測量范圍及電路參數。

       1 工作原理

       渦街流量計是根據“卡門(mén)渦街”原理研制成的一種流體振蕩型流量?jì)x表。在流動(dòng)的液體中插入一個(gè)斷面為非流線(xiàn)型柱狀物體時(shí)，在柱體后部?jì)蓚葧?huì )產(chǎn)生兩列交錯排列的旋渦，如圖1所示。旋渦分離的頻率與流速成正比，與柱體的寬度成反比，可以用公式（1）表示：

        f=St×U/d……公式                （1）

       式中：

       f：  旋渦分離頻率

       St：斯特勞哈爾數（無(wú)量綱常數）

       U： 柱體側面的流速

       d： 柱體的迎流面寬度

       由公式（1）可見(jiàn)，通過(guò)測量旋渦的分離頻率便可測出流體流速，再由流速求出體積流量，進(jìn)而得到公式（2）

       f=Q×K……公式                   （2）

       式中：

       K：儀表系數m-3。

       Q：體積流量（m3/h）

       渦街流量計的電路將壓電晶體元件（傳感器）檢測到的旋渦分離頻率經(jīng)放大、整形處理后。以頻率信號輸出，或進(jìn)一步變換成與流量成比例的4～20mADC信號輸出，如圖2所示。

       2 預期目標

       本次是對DN300渦街流量計的標定，我們制定了以下目標

       （1）按量程比7：1、精度1.0級、重復性0.3%以下的指標標定合格；

       （2）取得其在水標定時(shí)電路參數的設定值；

       （3）在滿(mǎn)足量程比7：1、精度1.0級的條件下，通過(guò)對電路參數的調整，尋找其盡可能低的下限流量。

       3 分析及調整

       3.1 中小口徑渦街流量計水標定

       數據如表1所示。

       表1 中小口徑渦街流量計水標定數據 

       3.2 電路參數的設定

       對于應力式渦街流量計，介質(zhì)流過(guò)旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦強度與升力ρU2（ρ為介質(zhì)密度，U為流速）成比例關(guān)系。對同一種介質(zhì)，測量的流量范圍的不同，信號強弱就不同，大口徑的渦街流量計產(chǎn)生的旋渦強度比小口徑的渦街流量計產(chǎn)生的旋渦強度大，因此大口徑的渦街流量計電荷放大器的放大率（K1）可調得比小口徑的渦街流量計電荷放大器的放大率小。渦街流量計優(yōu)質(zhì)次標定時(shí)，其儀表系數和流量范圍都是未知的，流量范圍對應的頻率也是未知的。此時(shí)帶通濾波器通頻帶（K2、K3）應設得較寬，我們設定上下限頻率比為30：1左右。由于標定裝置的流場(chǎng)穩定，干擾少，因此電壓放大器的放大率（GB）以及施密特觸發(fā)器的觸發(fā)門(mén)限（SB）可按常規設置。

       結合表1估計DN300的渦街流量計的流量范圍可能在300～1800m3/h。選擇1000m3/h進(jìn)行標定，得到系數K為0.0442。根據公式f=Q×K計算出估算的流量上下限對應的頻率上下限。

       在標定時(shí)應遵循一個(gè)原則：工作頻率范圍盡可能多地落到帶通濾波器設定的通頻帶內。因此根據計算得到的頻率上下限，重新設置濾波器通頻帶。由于濾波器通頻帶的設定是通過(guò)調整K2、K3每一位開(kāi)關(guān)決定一個(gè)濾波電容是否并聯(lián)到電路中來(lái)實(shí)現的，而對于K2、K3的開(kāi)關(guān)組合非常多，調整要逐步摸索，使濾波器截止頻率接近計算得到的上下限頻率。標定時(shí)當流量上升到某一個(gè)值時(shí)，渦街流量計的輸出頻率突然大幅度下降，這就是濾波器上限頻率太小造成的。此時(shí)調整K3，選擇較小的電容并聯(lián)值，提高上限截止頻率。受設備能力的限制，流量上限只能到1500m3/h，因此按300～1500m3/h流量范圍進(jìn)行標定。在300～1500m3/h流量范圍內取5點(diǎn)標定[2]，得到表2所示的數據：

       從表2中可以看出，基本誤差和重復性都在要求的范圍之內，但量程比不到7：1。這時(shí)通過(guò)降低下限流量的方法來(lái)增大量程比，將流量范圍調整為220～1500m3/h。由于流量范圍的調整使輸出頻率大小及信號強弱發(fā)生改變，此時(shí)要對電路中帶通濾波器的通頻帶重新設置。對于優(yōu)質(zhì)次標定的渦街流量計，這是需要反復進(jìn)行的工作。在滿(mǎn)足所產(chǎn)生的旋渦強度的要求以及***低雷諾數（20000）限制時(shí)，低的流量下限是追求的目標之一。而DN300渦街流量計到流量下限220m3/h時(shí)產(chǎn)生的頻率為3Hz左右，非常接近壓電晶體熱效應產(chǎn)生的頻率。因此在調低帶通濾波器下限截止頻率時(shí)，要盡可能將壓電晶體的固有頻率作為干擾信號予以切除。也就是說(shuō)，濾波器下限截止頻率不能低于壓電晶體熱效應產(chǎn)生的頻率，這也是渦街流量計的流量下限不能做得太低的原因之一。

       根據以上分析和調整，得到表3所示的數據：

       3.3 結果分析

       此次3臺DN300渦街流量計的水標定實(shí)現了預期目標，取得了國家水大流量計量站的檢定證書(shū)。通過(guò)對數據的分析可以看出兩點(diǎn)：

       （1）從儀表系數值的走勢來(lái)看，上限流量的值提高到1800m3/h，儀表基本誤差將接近1.0%，也能達到精度1.0級的要求；

       （2）儀表的重復性遠遠低于國家計量標準要求的0.33%的標準，這對于儀表的應用有利。

       在實(shí)際應用中，由于渦街流量計所測介質(zhì)因液體或氣體流速范圍及密度的不同，使得旋渦的分離頻率范圍及分離時(shí)產(chǎn)生的信號強度也會(huì )不同，電路參數會(huì )有較大差別。因此，同一電路參數是不能用于測量不同介質(zhì)的，介質(zhì)改變，電路參數也應隨之改變。