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摘要:在對渦街流量計檢定時，可能需要使用測壓、測溫元件去測量流經流量計的流體溫度、壓力，以保證流量計計量的準確性。然而部分插入式測壓、測溫元件是需要插入流體中，這樣相當于在流量計的渦街發(fā)生體后面的旋渦中在放置了一鈍體，此鈍體可能會影響已經形成的旋渦，也可能會影響旋渦脫落的頻率，從而有可能影響流量計的計量性能。
1概述
　　流體流經靜止的鈍物體時，會在物體后面形成規(guī)則的旋渦脫落。自從1878年VincencStrouhal測量出旋渦脫落頻率和1911年VonKarman研究雙排旋渦脫落的穩(wěn)定性分析以來，旋渦脫落變成了流體力學的基本問題。然而渦街流量計正是利用了這個原理，流體流過旋渦發(fā)生體時，會在發(fā)生體下游兩側交替地分離釋放出兩列有規(guī)律的交錯排列的旋渦，即卡門渦街［1］，并使用傳感器測出旋渦脫落的頻率，通過式(1):

　　進行換算，以達到對流量的計量(式中，b為發(fā)生體的寬度;u為流經流量計的流體平均速度;f為旋渦的頻率;Sr為斯特羅哈爾數)［2］。根據JJG1029—2007渦街流量計檢定規(guī)程的要求，在對渦街流量計檢定或校準的過程中，如需要測量流經流量計的流體溫度或者流體壓力時，可以在流量計下游(2－5)D或者(2－7)D處分別設置測溫孔、測壓孔［3］(其中D為流量計口徑)(圖1)。在實際工作中，對渦街流量計檢測時，測溫或測壓都是使用傳感器，而且大多數的傳感器是需要插入管道內部;如果進行此操作，相當于在流量計渦街發(fā)生體的后面旋渦中在放置了一鈍體，此鈍體可能會影響已經形成的旋渦，也可能會影響旋渦脫落的頻率，從而有可能影響流量計的計量性能。本文就是研究測溫、測壓傳感器安裝的位置l，以及和旋渦發(fā)生體形成的角度α對渦街流量計計量性能的影響(圖2)。


2實驗模型和實驗參數
　　選擇精度1.0級、口徑為DN50的渦街流量計做實驗，根據說明書，流量計的可測范圍為2.2～73m3/h、可保證精度的測量范圍為3.3～73m3/h［2］，流量計的輸出方式設置為脈沖輸出;另外，選擇一長度15cm，直徑為6mm的不銹鋼小圓柱，用作模擬插入式測壓、測溫元件(以下簡稱為模擬元件)，以方便實驗。
　　在進行實驗前，先使用若干模擬元件將管道上的小孔堵住，密封以防止漏水，但模擬元件不得插入管道中，保證模擬元件的一端和管道壁平齊，并在模擬元件上做好記號，以保證重復實驗時，對實驗結果的影響盡量減小到最小。實驗時，先對無模擬元件影響的狀態(tài)進行檢測，流量點為qmax和0.40qmax(其中qmax=20.0m3/h)，每個流量點測量5次，取平均值進行比較。在α分別選擇了0°、45°、90°三個不同角度時，在渦街流量計下游1D～7D的距離插入模擬元件，插入深度為0.5D，測量各種實驗狀態(tài)下渦街流量計各流量點的K系數，以研究l，α對實驗結果的影響。實驗裝置如圖3所示，按照JJG1029—2007《渦街流量計檢定規(guī)程》的要求進行檢定。

3參數l、α對渦街流量計示值誤差的影響
　　通過測量，取得各種實驗狀態(tài)下的K系數，選擇無模擬元件影響的實驗K系數為基礎數據，與其他實驗狀態(tài)下的實驗結果進行對比。
　　如圖4所示，圖中橫坐標為0，表示無模擬元件影響，1D～7D表示模擬元件所放的位置，縱坐標表示渦街流量計K系數的相對示值誤差。從圖4(a)中可以看出，當α=0°、流量點Q=8m3/h，模擬元件在3D～7D時，對流量計的K系數影響比較大，最大影響接近0.2%。而當流量增加至Q=20m3/h時，模擬元件對流量計K系數影響比較平穩(wěn)，保持在±0.1%以內。

　　當α增加至45°，流量點Q=8m3/h，模擬元件位于不同位置時，K系數的相對示值誤差位于±0.1%之間，表示模擬元件放置不同位置，可以導致K系數變大或變小(圖5(a))。在大流量情況下(Q=20m3/h)，從圖5(b)中，可以發(fā)現K系數幾乎都是比實際值變大的，且變化幅度基本位于0%～0.1%范圍。

　　繼續(xù)增大α至90°，即模擬元件和渦街發(fā)生體相互垂直。從圖6(a)中可以看出，當流量點Q=8m3/h，模擬元件位于不同位置時，K系數的相對示值誤差波動很大，最大變化多至0.25%。當流量Q為20m3/h，模擬元件位于1D處時，K系數相對示值誤差減小約0.2%;而在2D～7D處，K系數變化平穩(wěn)，相對示值誤差位于－0.15%～0%范圍，即說明流量計的K系數比實際值變小。

　　從以上的實驗結果中可以分析出，在大流量(Q=20m3/h)情況下，在流量計下游2D～7D位置處安裝測壓、測溫元件對流量計K系數影響比較平穩(wěn)，且變化不大;而在流量點0.4Qmax條件下(Q=8m3/h)，K系數變化幅度很大，且變化不均勻。
4參數l、α對渦街流量計流量點重復性的影響
　　從圖7中可以看出，當α=0°時，不論在0.4Qmax=8m3/h，還是Qmax=20m3/h條件下，流量點的重復性很穩(wěn)定，這說明模擬元件在各安裝點對流量計重復性的影響是有限的。

　　當α變化時，不論是在45°，還是90°，各流量點的重復性都稍有波動，但是不論怎么變化，都是符合檢定要求的(圖8，圖9)，即:流量計的重復性不得超過相應準確度等級規(guī)定的最大允許誤差絕對值的1/3。
5結束語
　　由以上實驗結果可以看出，在大流量Qmax=20m3/h條件下，測壓、測溫元件安裝位于2D～7D位置時，對渦街流量計K系數的影響比較平穩(wěn);而在流量點Q=8m3/h時，渦街流量計K系數的波動比較大，可能會導致流量計的K系數有一定的偏差。在同一管道中，當流量增大時，瞬間流速隨著增加，經過旋渦發(fā)生體時，產生旋渦的能量也隨之增加，這樣傳感器就會接收到很強的信號，即使測壓、測溫元件的存在會對已形成的旋渦有一定的影響，但這個影響也是小范圍的。然而當流量降低時，隨之旋渦能量降低，傳感器接收到的信號也會減弱，此時測壓、測溫元件對旋渦的影響有了一定的突顯，導致所測量的K系數與實際值之間存在了一定的誤差。當這個誤差達到一定程度，會影響一個流量計的檢定結果。

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