0 引言
　　流量計是指示被測流量和在選定時間間隔內流體總量的儀表。流量計的種類類別非常多，利用的測量原理也各不相同
，有力學原理、熱學原理

、電學原理及光學原理等。當前 , 在氣體及低粘度液體流量計選型中 , 由(you)於(yu)孔(kong)板(ban)流(liu)量(liang)計(ji)有(you)悠(you)久(jiu)的(de)曆(li)史(shi)背(bei)景(jing)
，各(ge)種(zhong)試(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)齊(qi)全(quan)。結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)
，無(wu)可(ke)動(dong)部(bu)件(jian)

，標(biao)準(zhun)化(hua)程(cheng)度(du)高(gao)
，可(ke)不(bu)必(bi)進(jin)行(xing)實(shi)流(liu)標(biao)定(ding)等(deng)優(you)點(dian)，被(bei)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)。
　　孔板流量計shuyuchayashiliuliangji，liutiliuguoguantineidejieliuzhuangzhi

，zaijieliuzhuangzhizhouweichanshengshousuo，liyongyalichalaiceliangliutiliusu。kongbanliuliangjidejieliuzhuangzhiweikongban，jizhongyangkaiyouyuankongdejinshuban，qijiegourutu 1 suoshi。anzhuangshijiangkongbanchuizhifangzhizaiguandaozhong

，cequkongbanqianhouliangduandeyalicha，yongchuanganqibaganzhideyalichazhuanhuanweidianyaliang，ranhouyuyachajixianglian，jigouchengkongbanliuliangji。youyukongbanliuliangjishitongguochanshengyalisunshijinxingliuliangjiance，suoyiyalisunshijiaoda
，tongchanggaoda 10 ～ 20kpa。由於孔板流量計的流量係數與雷諾係數有關，它的測量範圍比較窄，量程範圍一般為 3:1 ～ 4:1，而且孔板流量計在實際應用中，由於安裝複雜
，整個壓力傳遞路徑中易受到泄漏、冷凝壺及下遊導壓管位置偏差
、孔板同心度、垂直度等眾多因素的影響，實際精度難以確定。

　　因此，為了解決孔板流量計在測量時存在的諸多問題，渦街流量計應運而生。
1 渦街流量計的優缺點
　　渦街流量計在諸多應用方麵都優於傳統的孔板流量計。比如，孔板流量計 1 個測量回路靜密封點為 20 個左右。相比而言，渦街流量計的靜密封點隻有 3 個，不容易泄漏 
，它不受流體溫度
、壓力還有密度等影響，流量係數長期不變[1]。
　　但是渦街流量計在使用的時候，也存在一些問題。
1）由you於yu渦wo街jie流liu量liang計ji的de原yuan始shi信xin號hao為wei頻pin率lv信xin號hao，致zhi使shi渦wo街jie流liu量liang計ji實shi際ji為wei一yi種zhong數shu字zi式shi儀yi表biao。它ta隻zhi要yao能neng正zheng常chang工gong作zuo，精jing度du一yi定ding有you保bao證zheng。但dan是shi一yi旦dan不bu能neng正zheng常chang工gong作zuo，產chan生sheng的de測ce量liang誤wu差cha將jiang非fei常chang大da

，甚shen至zhi連lian流liu量liang的de變bian化hua趨qu勢shi都dou不bu能neng指zhi示shi，徹che底di不bu能neng工gong作zuo。
2）漩渦升力與流量的平方呈正比、與流體的密度呈正比。因此，流量減小時
，渦街信號以 2 階關係急劇減弱，而氣體的渦街信號遠低於液體。在用於氣體流量檢測時，因低密度
、低流速導致渦街信號微弱，極易湮沒在幹擾之中，流量計無法正確識別出漩渦，致使測量失敗。
3）由於渦街流量計傳感器必須敏感檢測小流量時微小的渦街升力，直接限製了傳感器的結構。針對以上一些問題，下麵將做部分探討。
2 渦街流量計工作原理與結構
2.1 渦街流量計的工作原理
　　在日常生活中經常能看到渦街現象，比如風中的旗幟，由於旗杆產生的渦街而擺動，風越大，旗幟擺動越快－－擺動與風速呈正比。還有橋墩、煙囪、高樓的設計均需考慮渦街的破壞力。
　　渦街流量計就是參考日常生活中渦街現象的原理，在管道中插入合適大小和形狀的柱體（即渦街發生體）。當流體流過時，在渦街發生體後兩側產生交替排列的漩渦
，這種漩渦被稱為卡門漩渦。漩渦的頻率與流量呈正比。可用下式表示：

式（1）中：f 為漩渦的頻率；v 為流過渦街發生體的流體的平均速度；d 為渦街發生體的流麵寬度；St 為斯特勞哈爾數（Strouhal number），數值的範圍為 0.14 ～ 0.27。測量時
，一般假定 St=0.2。由此，通過測量漩渦的頻率就可以計算出流過渦街發生體的流體平均速度 v
，再由下式 ：

可以求出流量 q。其中，A 為流體流過渦街發生體的截麵積。
2.2 渦街流量計的結構
　　渦街流量計的基本結構為傳感器和轉換器 2 大部分。傳感器包含渦街發生體、檢測元件等；轉換器包含有放大電路

、濾波整形電路以及 D/A 轉換電路等
；渦街發生體常見的有圓柱型、T 型柱、四角柱和三角柱。目前采用較多，反饋最好的是三角柱型的渦街發生體。檢測元件有壓電晶片、熱敏電阻
、超聲波和應變片差動電容等。轉換器部分基本都智能化了
，把微處理器芯片都安裝其中。渦街流量可直接在管道上安裝、互換性強、體積小
、長期運行精度高，可適用於大多數液體、蒸汽和氣體的測量。3 小流量、低流速測量的限製問題。
　　基於渦街流量計的原理
，流量信號的強度與流量的平方成正比
，即流速降低時，渦街信號將以平方關係急劇下降。圖 2 顯示流量由零增大時，渦街信號的波形記錄。在相同條件之下，1m/s 流速的氣體產生的漩渦力僅是 5m/s 流速時的 1/25。為wei保bao證zheng小xiao流liu量liang的de檢jian測ce
，必bi須xu具ju備bei極ji高gao的de漩xuan渦wo振zhen動dong檢jian測ce靈ling敏min度du
，將jiang流liu量liang信xin號hao放fang大da千qian倍bei，由you此ci導dao致zhi渦wo街jie流liu量liang計ji對dui於yu蒸zheng汽qi管guan道dao的de振zhen動dong極ji為wei敏min感gan，無wu流liu量liang時shi指zhi示shi的de實shi際ji為wei振zhen動dong幹gan擾rao信xin號hao，這zhe是shi渦wo街jie流liu量liang計ji在zai實shi際ji應ying用yong中zhong最zui大da的de問wen題ti。

　　渦街流量計的檢測部件利用壓電晶片來檢測漩渦的頻率 f，由(you)此(ci)得(de)到(dao)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)。此(ci)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)和(he)觸(chu)發(fa)裝(zhuang)置(zhi)，將(jiang)漩(xuan)渦(wo)頻(pin)率(lv)最(zui)終(zhong)變(bian)成(cheng)儀(yi)器(qi)所(suo)能(neng)顯(xian)示(shi)的(de)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)。此(ci)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)再(zai)次(ci)送(song)入(ru)轉(zhuan)換(huan)儀(yi)表(biao)裝(zhuang)置(zhi)換(huan)算(suan)成(cheng)可(ke)顯(xian)示(shi)的(de)被(bei)測(ce)流(liu)量(liang)。其(qi)中(zhong)，放(fang)大(da)器(qi)的(de)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu) A 和觸發器的門限電壓均可以進行調整。如圖 3 所示。

圖 3 中輸入信號電壓為 E，噪聲信號轉換到電壓輸入端為 V, 門限電壓 U 通過放大器輸出為 u, 放大器的放大倍數為 A。因 u=AU，所以改變 A 或者 U 的效果是相同的[2]。
如圖 4 所示。要使得觸發器的輸出信號為有效信號，必須使得觸發器輸入的有效信號 u 遠大於噪聲信號。因此

，渦街流量計正常工作的必要條件是：E > u > V。

　　當渦街流量計測量低流速、小xiao流liu量liang流liu體ti的de時shi候hou，依yi據ju上shang述shu分fen析xi必bi須xu提ti高gao信xin噪zao比bi，盡jin量liang提ti高gao輸shu入ru流liu量liang的de有you效xiao信xin號hao
，降jiang低di機ji械xie振zhen動dong產chan生sheng的de幹gan擾rao信xin號hao的de幅fu值zhi。因yin此ci，可ke以yi修xiu正zheng阻zu流liu體ti的de結jie構gou形xing狀zhuang，使shi傳chuan感gan器qi能neng更geng好hao地di接jie收shou漩xuan渦wo的de脈mai動dong頻pin率lv
，這zhe樣yang可ke以yi大da幅fu度du提ti高gao有you效xiao信xin號hao的de幅fu值zhi[3]。另一種更實際有效的辦法是在漩渦發生體的兩端分別安裝 1 對對稱的壓電晶體，采用差動式的壓電傳感器感知信號
，並利用差動放大電路來放大信號
，如圖 4 所示。由於電路中機械振動產生的幹擾對 2 kuaiyadianjingtidezuoyonglishiyizhide，bingqieliutixuanwozaizuliutiliangceshijiaotichanshengde，suoyiganraochanshengdexinhaotongguochadongfangdahou，jixiezhendongxinhaoyinweixiangtongerxianghudixiaoxuejian
，er2 塊壓電晶體相反的流量信號相加後增強。於是

，大大降低了機械振動信號的幹擾。
4 大流量
、高流速測量的限製問題
　　通常認為，管道裏的蒸汽流速不會超過 60m/s

，在選擇流量計時，量程達到 60m/s 就已足夠

，而采用在線實時頻譜分析時發現：?80 及其以下的管線
，經常出現高於 80m/s 的高流速
，其中有近一半的出現超過 100m/s 的高流速，更有甚者，流速高達 180m/s。一般的渦街流量計在流速過高時
，因劇烈的漏波現象，出現難以估算的誤差，所以也難於判斷超高流速的大小。如圖 5 所示，漏波現象使流量偏小 44.3%。針對這一現象，采用頻譜分析＋動態濾波，改善信號波動，消除“漏波”現象。

　　信號可以從時域分析
，也可以從頻域分析。時域的信號圖像，是以時間軸為橫軸；頻(pin)域(yu)的(de)信(xin)號(hao)圖(tu)像(xiang)，是(shi)以(yi)頻(pin)率(lv)值(zhi)作(zuo)為(wei)橫(heng)軸(zhou)。信(xin)號(hao)的(de)時(shi)域(yu)分(fen)析(xi)主(zhu)要(yao)側(ce)重(zhong)於(yu)信(xin)號(hao)的(de)直(zhi)觀(guan)印(yin)象(xiang)
，例(li)如(ru)信(xin)號(hao)的(de)周(zhou)期(qi)，信(xin)號(hao)在(zai)某(mou)一(yi)時(shi)間(jian)點(dian)的(de)幅(fu)值(zhi)等(deng)。信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)域(yu)分(fen)析(xi)，是(shi)采(cai)用(yong)傅(fu)裏(li)葉(ye)變(bian)換(huan)，將(jiang) X（t）變換成 X（f）[4]。具ju體ti的de變bian換huan方fang法fa在zai這zhe裏li不bu再zai贅zhui述shu。信xin號hao的de頻pin譜pu圖tu表biao明ming了le信xin號hao在zai不bu同tong頻pin率lv分fen量liang成cheng分fen的de大da小xiao
，比bi時shi域yu圖tu像xiang提ti供gong更geng具ju體ti更geng豐feng富fu的de頻pin域yu圖tu像xiang。在zai PicoScope 示波器中，可以利用其頻譜分析的功能來觀察信號的頻譜。
　　xinhaodelvbochulitongchangshixinhaochulizhongchangyongdefangfa。xinhaodelvbozhuyaoshihuodezijixiangyaodexinhao
，bingqieguolvdiaobufuheshiyanyaoqiudexinhao。tongchangyouditong
、高通
、帶通、daizuzhejizhongfangshi。shijiyingyongzhong，tongchangshishejilvbodianluduidianlujinxinglvbo。zaiceshiceliangzhong，wangwangxuyaodeshilvdiaoxinhaozhongdezabo。jinkenengpaichuyingxiangyinsu，tongguoduichuanganqiyuanshixinhaozhijiejinxingshishipinpufenxi
，dechuchaogaoliusushideliuliangzhi。rutu 6 所示。

5 結束語
　　由於渦街流量計容易與數字電子設備配套使用，所以是一種比較先進、理想的測量儀器。漩渦升力與流量的平方呈正比
、與流體的密度呈正比。因此，當小流量
、低流速或大流量
、高流速的時候，對渦街流量計提出了比較高的要求。針對這個問題
，本文做了相應的探討。為了使渦街流量計盡可能測量低流速
、小xiao流liu量liang
，必bi須xu提ti高gao信xin噪zao比bi

，采cai用yong差cha動dong壓ya電dian傳chuan感gan器qi和he差cha動dong放fang大da電dian路lu
，盡jin量liang提ti高gao有you效xiao流liu量liang信xin號hao的de幅fu值zhi而er降jiang低di機ji械xie振zhen動dong幹gan擾rao信xin號hao的de幅fu值zhi。針zhen對dui高gao流liu速su、大流量產生漏波現象的問題，采用頻譜分析和動態濾波的方法，盡量減少漏波現象。圖 7 為未處理時流量計輸出的傳感器信號和放大器輸出信號。圖 7（a）上部為傳感器輸出的原始信號
，下部為放大器輸出信號
；圖 7（b）為展開的視圖。圖 8 為處理後流量計輸出的傳感器信號和放大器輸出信號。圖 8（a）上部為傳感器輸出的原始信號
，下部為放大器輸出信號
；圖 8（b）為展開的視圖。

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