渦(wo)街流(liu)量(liang)計 在實(shi)際應用(yong)中(zhong)，使用介質(zhi)對其測量(liang)帶來多(duo)大(da)的附(fu)加誤(wu)差尚不明(ming)确。利用在(zai)以空(kong)氣爲(wei)介質的音(yin)速噴嘴法氣體(ti)流量标準裝置(zhi)和以(yi)蒸汽(qi)爲介(jie)質的蒸汽流量(liang)标準(zhun)裝置的比(bi)對試(shi)驗(yan)，對在空(kong)氣和蒸(zheng)汽介質(zhi)下渦(wo)街流(liu)量計(ji)的流量(liang)特(te)性進(jin)行對比(bi)研究，得(de)到儀(yi)表系數在(zai)不同(tong)介(jie)質下變(bian)化曲(qu)線和(he)趨勢(shi)，并對試驗結果(guo)進行分析(xi)解釋(shi)。
一、卡(ka)門渦街的(de)基本(ben)原理(li)
　　如圖(tu)1所示(shi)，在測量管(guan)道中(zhong)垂直地插(cha)入一(yi)非流線型(xing)阻流體，也(ye)稱發(fa)生體。随着流體(ti)流動，當(dang)管(guan)道雷諾數(shu)達(da)到(dao)一定(ding)值時，在發(fa)生體(ti)兩側(ce)就(jiu)會交替(ti)地分離出(chu)卡門(men)渦街。漩渦頻率(lü)f與流經(jing)發生體兩側的平均流(liu)速U1之(zhi)間的關系(xi)可表示(shi)爲(wei)：

　　式中(zhong)：f——漩(xuan)渦頻率(lü)，Hz；Sr——斯特勞哈爾數(shu)；U1——發生(sheng)體兩側的(de)平均流(liu)速，m/s；d——發生體迎(ying)流(liu)面(mian)的寬(kuan)度，m。
二、試(shi)驗裝置(zhi)和儀(yi)表
1.蒸汽流(liu)量标準(zhun)裝置
　　蒸汽冷(leng)凝稱(cheng)重法(fa)是指蒸汽(qi)流過被檢(jian)表(biao)後(hou)，通過(guo)冷凝器全(quan)部冷(leng)凝成常(chang)溫水并(bing)由電(dian)子(zi)秤(cheng)稱量(liang)，再根據測(ce)量被(bei)檢表處(chu)的壓力(li)和溫(wen)度得(de)到密(mi)度，進而得(de)到被(bei)檢表處的(de)标準(zhun)體積量。
　　冷(leng)凝稱(cheng)重法(fa)蒸(zheng)汽(qi)流量(liang)标準(zhun)裝(zhuang)置（以下簡稱(cheng)“蒸(zheng)汽裝置(zhi)”）是國内(nei)唯(wei)一采(cai)用蒸(zheng)汽實(shi)流标(biao)定的蒸(zheng)汽流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)。該裝(zhuang)置以過熱蒸汽作爲檢定(ding)介質(zhi)，對蒸(zheng)汽(qi)流量儀(yi)表進(jin)行實流标(biao)定，檢(jian)定流(liu)量範圍爲(wei)（2.5～10000）kg/h，其精度等(deng)級爲(wei)0.1級。該(gai)裝置可以(yi)開展DN200以下(xia)口徑 渦街(jie)流量計 、彎管、 V錐流量(liang)計 、分流(liu)旋(xuan)翼、 孔(kong)闆流(liu)量(liang)計 、 旋進(jin)漩渦流(liu)量(liang)計 等(deng)多種(zhong)蒸汽流量(liang)計的檢定、校準(zhun)及相(xiang)關檢(jian)測。
2.音(yin)速噴嘴法(fa)氣體(ti)流量(liang)标準裝置(zhi)
　　文丘裏噴嘴是(shi)個孔徑逐漸減(jian)小的流道(dao)，孔徑(jing)最小(xiao)的部分稱(cheng)爲噴(pen)嘴(zui)的喉部，喉部的後面有(you)孔徑逐漸(jian)擴大(da)的流(liu)道。當氣體(ti)通過(guo)噴嘴(zui)時，喉(hou)部的氣體流速(su)将随(sui)着(zhe)節流壓(ya)力比(bi)減(jian)小(xiao)而增(zeng)大。當節流壓力(li)比小(xiao)到一定值(zhi)時，喉部(bu)流(liu)速達到最(zui)大(da)流速——音(yin)速。此(ci)時若再減小節(jie)流壓力比(bi)，流速（流量(liang)）将保(bao)持音(yin)速不(bu)變，不(bu)再受下遊(you)壓力(li)的影(ying)響，而隻與(yu)噴嘴入(ru)口(kou)處的(de)滞止(zhi)壓(ya)力和溫(wen)度有(you)關，此(ci)時的(de)噴嘴稱爲音速(su)噴嘴，流量方程式爲

　　式中：qm——流過(guo)噴嘴的質量流(liu)量；A*——音速噴(pen)嘴喉(hou)部面(mian)積(ji)；C——流(liu)出系(xi)數；C*——臨界(jie)流(liu)函數(shu)；P0——音速(su)噴(pen)嘴(zui)入口(kou)處滞止(zhi)絕對壓(ya)力；T0——音速噴嘴入(ru)口處(chu)滞止絕對(dui)溫度；R——通用(yong)氣體(ti)常數(shu)；M——氣體千摩(mo)爾質量。
　　從(cong)式（2）可(ke)以看(kan)出(chu)，一種喉(hou)徑的噴嘴隻有(you)一個(ge)臨界流量(liang)值，噴(pen)嘴入口的(de)滞止(zhi)壓(ya)力和滞(zhi)止溫度不(bu)變時(shi)，通過(guo)噴嘴的流(liu)量也不(bu)變，正是(shi)由于(yu)此(ci)特(te)性使(shi)音速(su)噴嘴(zui)作爲(wei)标準(zhun)件廣泛應(ying)用于氣體(ti)流量(liang)标準(zhun)裝置中。
　　音(yin)速噴(pen)嘴(zui)法(fa)氣體流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)（以下簡(jian)稱“空氣(qi)裝置(zhi)”）采用(yong)臨界(jie)流文(wen)丘裏(li)噴嘴作爲(wei)标準(zhun)表，該(gai)檢定裝置(zhi)擴展(zhan)不确(que)定(ding)度(du)（k=2）達到(dao)0.25%，流量範圍(wei)爲（2.5~10000）m3/h，可開展(zhan)DN15～DN300口徑的渦(wo)街、渦輪、容(rong)積式(shi)等氣(qi)體流量儀(yi)表的檢定(ding)/校準(zhun)工作(zuo)。該設(she)備主(zhu)要由(you)羅(luo)茨真空(kong)泵提(ti)供(gong)負壓，與(yu)傳統采用(yong)水環真空(kong)泵相比，可(ke)節約(yue)電(dian)能(neng)損耗(hao)60％以上。地下循環(huan)通風(feng)系統(tong)，提高(gao)了氣(qi)體流場的(de)穩定性（壓(ya)力波(bo)動在1％以(yi)内，溫度(du)波動在0.1℃以(yi)内）。
3.所(suo)用的(de)渦街流量(liang)計
　　本次特别訂(ding)制了(le)DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、DN150共6台渦街(jie)流量(liang)計(ji)。該(gai)渦街(jie)流量計體積流(liu)量的精度(du)等級爲1.5級(ji)，其(qi)主(zhu)要應(ying)用于測量和輸(shu)出氣(qi)體(ti)、蒸汽和(he)液體的瞬(shun)時體(ti)積流(liu)量(liang)。其(qi)流體(ti)溫度範(fan)圍從-200℃~400℃、可測量和輸(shu)出流(liu)體的瞬(shun)時(shi)體積(ji)流量(liang)。該渦街流(liu)量計有(you)内(nei)置的(de)溫度傳感器，可(ke)以測量和輸出溫度(du)信号，有内(nei)置豐富的(de)軟件(jian)計算(suan)功能，可以(yi)實現對(dui)飽(bao)和蒸(zheng)汽的(de)質量流量(liang)的測(ce)量。
考(kao)慮試(shi)驗條件，具(ju)體測(ce)量範(fan)圍如(ru)表1所(suo)示。
三(san)、不同(tong)介質(zhi)下的對(dui)比(bi)試驗(yan)研究(jiu)
1.試驗方案(an)
　　在空氣(qi)裝(zhuang)置和蒸汽裝置中以(yi)标準(zhun)安(an)裝條件(jian)對DN25、DN40、DN50、DN80、DN100和(he)DN150渦街(jie)流量(liang)計各做2組試驗進行比對，依次(ci)從最(zui)小流(liu)量到(dao)20%、40%、60%、80%、100%最大(da)流量，共計(ji)6個流(liu)量點，每個(ge)流量(liang)點重(zhong)複檢(jian)定7次。在空(kong)氣裝置中(zhong)用(yong)标(biao)準表(biao)（噴嘴組合(he)）法做(zuo)1組試驗，計算得(de)到儀(yi)表系(xi)數、重複性等數(shu)據；在(zai)蒸汽(qi)裝置(zhi)中用(yong)稱重(zhong)法做1組試(shi)驗，再(zai)計(ji)算(suan)儀表(biao)系數(shu)、重複性等(deng)相關(guan)數據(ju)，比較(jiao)兩組(zu)數據差異(yi)和聯(lian)系。
2.各口徑(jing)渦街流量計試(shi)驗情(qing)況(kuang)
（1）DN25試(shi)驗
　　儀表系數和(he)流量(liang)曲線關系如圖(tu)2所示(shi)。從圖2中不(bu)難發現(xian)該渦街流量計在(zai)空氣(qi)裝置上的儀表系數偏高(gao)于在(zai)蒸汽裝置上的(de)儀表(biao)系數(shu)。但在(zai)0.8qmax時，在空氣裝置上的(de)儀(yi)表(biao)系數(shu)有明顯下(xia)降，分(fen)析原因認爲，DN25管(guan)線是在(zai)DN50管線基礎上通(tong)過變徑(jing)實現的，可(ke)能在(zai)大流量(liang)時(shi)造成(cheng)流場不穩或測壓偏(pian)低(di)造成标(biao)準量(liang)偏高(gao)。







（2）DN40試驗(yan)
　　儀表(biao)系(xi)數和流(liu)量曲線關(guan)系如(ru)圖3所(suo)示。從圖3中(zhong)不難發現(xian)，該渦(wo)街流量計（剔除(chu)個别流量點）在(zai)空氣(qi)裝(zhuang)置上的(de)儀表系數(shu)逐漸(jian)減小(xiao)，而在蒸汽(qi)裝置(zhi)上的(de)儀表系數(shu)則(ze)逐漸增(zeng)加。在0.6qmax時，兩(liang)者儀(yi)表系(xi)數基本重(zhong)合。
（3）DN50試驗
　　儀(yi)表系(xi)數和流量(liang)曲線(xian)關系(xi)如圖4所示(shi)。從圖(tu)4中(zhong)不(bu)難發(fa)現，其規律(lü)和DN40渦(wo)街流量計規律(lü)基本(ben)一(yi)緻，即在(zai)空氣(qi)裝置(zhi)上的(de)儀表系數(shu)逐漸(jian)減小，而在蒸汽(qi)裝置上(shang)的(de)儀表系數(shu)則逐(zhu)漸增(zeng)加，在(zai)靠近(jin)0.6qmax時，兩者儀(yi)表(biao)系數重(zhong)合。
　　空氣裝(zhuang)置的DN40管線和DN25管線是(shi)在DN50管(guan)線(xian)的基礎上變(bian)徑實現的(de)。比較圖(tu)2、圖3和圖(tu)4中空氣(qi)裝(zhuang)置上(shang)的儀(yi)表系數-流量曲(qu)線圖，可發(fa)現，在大(da)流量時，随着口(kou)徑的減(jian)小，儀表系(xi)數減小的越(yue)來越快(kuai)。
（4）DN80試驗
　　儀(yi)表系數(shu)和流(liu)量曲(qu)線關(guan)系如圖(tu)5所示。從(cong)圖5中不難發現(xian)，該渦街流(liu)量計(ji)在空(kong)氣(qi)裝置上(shang)的儀(yi)表系數逐(zhu)漸減(jian)小，而在蒸(zheng)汽裝置上(shang)的儀(yi)表系(xi)數則(ze)逐漸(jian)增加(jia)。在0.8qmax時(shi)，兩者(zhe)儀表(biao)系數(shu)基本(ben)重合。
（5）DN100試(shi)驗(yan)
　　儀表(biao)系數(shu)和(he)流量曲(qu)線關系如(ru)圖6所(suo)示。從(cong)圖(tu)6中不難(nan)發現(xian)，該渦(wo)街流(liu)量計(ji)在空氣裝(zhuang)置上的(de)儀(yi)表系(xi)數一(yi)直(zhi)大于在(zai)蒸汽裝(zhuang)置(zhi)上的(de)儀表(biao)系(xi)數，且線(xian)性度較好，而在(zai)蒸汽(qi)裝置上的(de)儀表系(xi)數(shu)則逐漸增(zeng)加。
（6）DN150試驗
　　儀(yi)表系(xi)數(shu)和(he)流量(liang)曲線(xian)關系如圖(tu)7所示。從圖(tu)7中可(ke)以看(kan)出，該渦街(jie)流量計(ji)在(zai)空氣(qi)裝置(zhi)上和蒸汽(qi)裝置上(shang)的線性度都(dou)較差。在空(kong)氣裝(zhuang)置上(shang)，其儀(yi)表系數(shu)先增大(da)後減小；而在蒸汽裝(zhuang)置上，其儀(yi)表系(xi)數則(ze)先減(jian)小後(hou)增(zeng)大(da)。
四、試(shi)驗結論
1.除(chu)DN100渦街(jie)流量計外，其他(ta)5台渦街流量計(ji)在空氣(qi)裝置上(shang)的特性基(ji)本一(yi)緻，即(ji)在(zai)大流量(liang)時，儀(yi)表(biao)系(xi)數會(hui)有一(yi)個較明顯(xian)下降(jiang)。
2.各口(kou)徑的(de)渦街流(liu)量(liang)計在(zai)蒸汽(qi)裝(zhuang)置(zhi)上的特性(xing)基本(ben)一緻(zhi)，即儀表系(xi)數随(sui)着流(liu)量的增大(da)而增大。
3.就(jiu)比較(jiao)單台(tai)流量計在(zai)空氣裝置(zhi)和蒸(zheng)汽裝(zhuang)置上的儀(yi)表系數而(er)言，六(liu)台渦(wo)街(jie)流(liu)量計(ji)的規律基本一(yi)緻，即渦街流量(liang)計在(zai)空氣裝置(zhi)上的儀(yi)表系數(shu)偏高(gao)于在蒸汽(qi)裝置(zhi)上的儀表(biao)系數(shu)，但因(yin)實驗(yan)數據量(liang)比較小(xiao)，還無法(fa)定量地(di)給出(chu)偏(pian)差量。
4.初(chu)步結論(lun)：由(you)于受(shou)黏度(du)、溫度等因(yin)素的影(ying)響(xiang)，渦街(jie)流量(liang)計(ji)以空氣(qi)爲介(jie)質(zhi)的(de)儀表(biao)系數和以蒸汽(qi)爲介質的(de)儀表(biao)系數存(cun)在(zai)差異(yi)，但差别量較小，具體差(cha)别量則(ze)需要在後(hou)續大(da)量實驗(yan)的基礎(chu)上總結分析後(hou)給出(chu)。
5.每個口徑(jing)的渦街流量計(ji)在儀表系數與(yu)流量的曲(qu)線圖上，以(yi)蒸(zheng)汽(qi)和空(kong)氣爲(wei)介質均有一個(ge)交(jiao)彙點。在(zai)交彙點，儀表系數相(xiang)同。這就提(ti)供了一(yi)種可能(neng)：設計(ji)一台(tai)具有(you)交彙(hui)點儀(yi)表系(xi)數的(de)渦街流量(liang)計，在(zai)保證(zheng)一定(ding)測量誤差的情(qing)況下(xia)，既可測空(kong)氣，又(you)可測(ce)蒸汽(qi)。

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