摘要:在對(dui)渦街流量(liang)計 檢定(ding)時(shi)，可能(neng)需要使用(yong)測壓(ya)、測溫(wen)元件(jian)去測(ce)量流(liu)經流量計(ji)的流體溫(wen)度、壓(ya)力，以(yi)保證流量(liang)計計量(liang)的(de)準确性。然(ran)而(er)部分插(cha)入式測壓(ya)、測溫(wen)元件(jian)是(shi)需(xu)要插(cha)入流體(ti)中(zhong)，這樣相當(dang)于(yu)在流量(liang)計的渦街(jie)發生(sheng)體後面的旋渦(wo)中在(zai)放置(zhi)了一(yi)鈍體(ti)，此鈍(dun)體可(ke)能會影響(xiang)已經(jing)形成(cheng)的旋渦，也(ye)可能(neng)會(hui)影(ying)響旋渦脫(tuo)落的頻率(lü)，從而有可(ke)能影響流量計的計(ji)量性(xing)能。
1概(gai)述
　　流(liu)體流(liu)經靜(jing)止的(de)鈍物體時(shi)，會在(zai)物體後面形成(cheng)規則的旋(xuan)渦脫(tuo)落。自從1878年VincencStrouhal測量(liang)出旋渦脫落頻率和(he)1911年(nian)VonKarman研究雙(shuang)排旋渦脫落的(de)穩定性分(fen)析以(yi)來，旋渦(wo)脫落變成了(le)流體(ti)力學(xue)的基(ji)本(ben)問(wen)題。然(ran)而渦(wo)街流量計(ji)正是利(li)用(yong)了這個原(yuan)理(li)，流(liu)體流(liu)過旋渦(wo)發生體時，會在發(fa)生體(ti)下遊兩(liang)側(ce)交替地分(fen)離(li)釋(shi)放出(chu)兩列(lie)有(you)規(gui)律的交錯(cuo)排列的旋(xuan)渦，即卡(ka)門(men)渦街(jie)［1］，并使(shi)用傳感器(qi)測出旋渦(wo)脫落(luo)的頻率(lü)，通(tong)過式(shi)(1):

　　進行換算(suan)，以達(da)到對流量的計(ji)量(式(shi)中，b爲(wei)發生(sheng)體的(de)寬度;u爲流(liu)經流量計(ji)的流(liu)體平均速(su)度;f爲(wei)旋渦(wo)的(de)頻(pin)率;Sr爲斯特(te)羅(luo)哈(ha)爾數(shu))［2］。根據JJG1029—2007渦街流量(liang)計檢(jian)定規程的(de)要求，在對渦街(jie)流量(liang)計檢(jian)定或(huo)校準的(de)過(guo)程中(zhong)，如需(xu)要測量流(liu)經流量計(ji)的流體溫(wen)度或者流(liu)體壓力時(shi)，可以(yi)在流量(liang)計(ji)下遊(you)(2－5)D或者(2－7)D處(chu)分别設置測(ce)溫(wen)孔、測壓(ya)孔［3］(其(qi)中D爲(wei)流量(liang)計口徑)(圖(tu)1)。在實(shi)際工作中(zhong)，對渦(wo)街流(liu)量計檢測(ce)時，測溫或(huo)測壓(ya)都是(shi)使(shi)用傳感(gan)器，而(er)且大(da)多數(shu)的傳(chuan)感(gan)器(qi)是需(xu)要插入管道内(nei)部;如(ru)果進行此(ci)操作，相當于在(zai)流量計渦街發(fa)生體的後面旋(xuan)渦中(zhong)在放置了(le)一鈍體，此(ci)鈍體(ti)可能(neng)會(hui)影(ying)響已(yi)經形(xing)成(cheng)的旋渦，也可(ke)能(neng)會影響(xiang)旋渦(wo)脫落的頻(pin)率，從(cong)而有可能(neng)影響流量(liang)計的(de)計量(liang)性能(neng)。本文(wen)就是(shi)研(yan)究(jiu)測溫(wen)、測壓傳(chuan)感器安(an)裝的(de)位(wei)置(zhi)l，以及(ji)和旋(xuan)渦(wo)發生體(ti)形成的角(jiao)度α對(dui)渦街(jie)流(liu)量(liang)計計(ji)量性能的影響(圖2)。


2實(shi)驗模型和實驗(yan)參數
　　選擇(ze)精度(du)1.0級、口(kou)徑(jing)爲DN50的渦(wo)街流量計(ji)做實(shi)驗，根(gen)據(ju)說明書(shu)，流量計的(de)可測(ce)範圍爲2.2～73m3/h、可(ke)保證(zheng)精度(du)的(de)測量範(fan)圍爲(wei)3.3～73m3/h［2］，流量計的(de)輸出方(fang)式(shi)設置(zhi)爲脈沖(chong)輸出;另(ling)外，選擇一長度(du)15cm，直徑爲6mm的不鏽(xiu)鋼小圓柱(zhu)，用作模拟(ni)插入式測(ce)壓、測溫元件(以(yi)下簡稱爲模拟(ni)元件)，以方(fang)便實(shi)驗。
　　在進行實驗(yan)前，先使用(yong)若幹(gan)模拟元件将管(guan)道上的(de)小(xiao)孔堵(du)住，密(mi)封以(yi)防止(zhi)漏水，但模(mo)拟元(yuan)件不(bu)得(de)插入管(guan)道中，保(bao)證(zheng)模拟(ni)元件的一(yi)端和(he)管道壁(bi)平(ping)齊，并在模拟(ni)元(yuan)件上(shang)做好記号(hao)，以保證重(zhong)複(fu)實驗時(shi)，對實驗結(jie)果的影響盡量減小(xiao)到最(zui)小。實(shi)驗時(shi)，先對無(wu)模拟元(yuan)件影響的狀态進行(hang)檢測，流量(liang)點爲qmax和(he)0.40qmax(其中qmax=20.0m3/h)，每(mei)個流(liu)量點測量(liang)5次，取平均(jun)值進行比(bi)較(jiao)。在α分别(bie)選擇(ze)了0°、45°、90°三(san)個不(bu)同角(jiao)度時，在渦(wo)街流量(liang)計下遊1D～7D的距(ju)離插(cha)入模(mo)拟元(yuan)件，插入深(shen)度爲0.5D，測量各種(zhong)實驗狀(zhuang)态(tai)下渦(wo)街流量計各流(liu)量點的K系(xi)數，以(yi)研究(jiu)l，α對實(shi)驗結(jie)果的(de)影(ying)響(xiang)。實驗(yan)裝置(zhi)如圖3所示(shi)，按照(zhao)JJG1029—2007《渦(wo)街(jie)流量(liang)計檢(jian)定(ding)規程》的(de)要求進行檢定(ding)。

3參數(shu)l、α對(dui)渦街流(liu)量計示值(zhi)誤差(cha)的影(ying)響(xiang)
　　通(tong)過測(ce)量，取得各(ge)種實驗狀态(tai)下的K系(xi)數，選擇無(wu)模拟元件(jian)影響(xiang)的實(shi)驗K系數(shu)爲(wei)基礎(chu)數據，與(yu)其(qi)他實(shi)驗狀(zhuang)态(tai)下(xia)的實(shi)驗結果(guo)進(jin)行對(dui)比。
　　如圖4所示，圖(tu)中橫(heng)坐标爲0，表(biao)示無模(mo)拟(ni)元件(jian)影響，1D～7D表(biao)示(shi)模拟(ni)元件(jian)所放(fang)的位置，縱(zong)坐标表示(shi)渦街(jie)流量計K系(xi)數的相對示值(zhi)誤差。從圖4(a)中可以看出，當(dang)α=0°、流量(liang)點Q=8m3/h，模拟(ni)元(yuan)件在(zai)3D～7D時，對(dui)流(liu)量計的(de)K系數影(ying)響比較大，最(zui)大(da)影響接(jie)近0.2%。而當(dang)流(liu)量增加至(zhi)Q=20m3/h時，模(mo)拟元(yuan)件對流(liu)量(liang)計K系(xi)數影(ying)響(xiang)比較平(ping)穩，保持在(zai)±0.1%以内(nei)。

　　當α增(zeng)加(jia)至45°，流量(liang)點Q=8m3/h，模拟元(yuan)件位(wei)于不(bu)同(tong)位(wei)置時(shi)，K系數的(de)相對示值誤(wu)差位于±0.1%之(zhi)間，表(biao)示模(mo)拟元(yuan)件放(fang)置不同位(wei)置，可以(yi)導(dao)緻K系(xi)數變(bian)大或(huo)變小(xiao)(圖5(a))。在(zai)大(da)流(liu)量情(qing)況下(Q=20m3/h)，從圖5(b)中，可(ke)以發現K系(xi)數幾(ji)乎都(dou)是(shi)比實際(ji)值變大(da)的，且變(bian)化幅度(du)基(ji)本位(wei)于0%～0.1%範(fan)圍(wei)。

　　繼(ji)續增大α至90°，即(ji)模(mo)拟元(yuan)件和渦街發生(sheng)體相互垂直。從(cong)圖6(a)中可以(yi)看出，當流(liu)量點Q=8m3/h，模拟(ni)元件位(wei)于不同(tong)位置(zhi)時，K系數的(de)相對示值誤差(cha)波動(dong)很大，最大(da)變化(hua)多(duo)至(zhi)0.25%。當流量Q爲(wei)20m3/h，模拟元件(jian)位于(yu)1D處時，K系數相對(dui)示值(zhi)誤差(cha)減小(xiao)約(yue)0.2%;而在2D～7D處，K系數變化(hua)平穩(wen)，相對示值(zhi)誤差(cha)位于(yu)－0.15%～0%範圍，即說(shuo)明流量計(ji)的K系(xi)數比(bi)實(shi)際值變(bian)小。

　　從以上的實(shi)驗結(jie)果中可以(yi)分析出，在(zai)大流量(Q=20m3/h)情(qing)況下(xia)，在流(liu)量計(ji)下遊(you)2D～7D位置(zhi)處安裝測壓、測(ce)溫元件對(dui)流量(liang)計K系(xi)數影(ying)響比(bi)較平穩(wen)，且(qie)變化(hua)不大(da);而在(zai)流量(liang)點0.4Qmax條件下(xia)(Q=8m3/h)，K系數(shu)變化(hua)幅度很大(da)，且變化不均勻(yun)。
4參數(shu)l、α對(dui)渦(wo)街流(liu)量計(ji)流(liu)量(liang)點重複性(xing)的(de)影(ying)響
　　從(cong)圖7中可以看出(chu)，當α=0°時，不論在0.4Qmax=8m3/h，還(hai)是Qmax=20m3/h條件下(xia)，流量(liang)點的(de)重複性很(hen)穩定(ding)，這(zhe)說明模拟元(yuan)件在各安(an)裝點對流(liu)量計(ji)重複(fu)性的影響(xiang)是有限(xian)的(de)。

　　當α變(bian)化時(shi)，不論是在(zai)45°，還是90°，各流(liu)量點(dian)的重(zhong)複(fu)性都稍(shao)有波(bo)動，但(dan)是不(bu)論怎麽變化，都(dou)是符(fu)合(he)檢定要(yao)求的(de)(圖8，圖(tu)9)，即:流(liu)量計(ji)的(de)重(zhong)複性(xing)不得超過相應(ying)準确度等(deng)級規定的(de)最大(da)允許(xu)誤差(cha)絕對值的1/3。
5結束語(yu)
　　由(you)以上(shang)實驗結果(guo)可以(yi)看出(chu)，在大流量(liang)Qmax=20m3/h條件下(xia)，測壓、測溫元件安(an)裝位(wei)于2D～7D位置(zhi)時(shi)，對渦(wo)街流量計K系數(shu)的影響(xiang)比較平(ping)穩;而(er)在(zai)流量點(dian)Q=8m3/h時，渦(wo)街流(liu)量計(ji)K系數(shu)的波動比(bi)較大，可能(neng)會導(dao)緻流(liu)量計的K系(xi)數有(you)一定的偏(pian)差。在(zai)同一管道(dao)中，當流(liu)量增大(da)時，瞬間(jian)流速随(sui)着增加，經(jing)過旋(xuan)渦發生體(ti)時，産(chan)生旋渦(wo)的(de)能量也随(sui)之增加，這(zhe)樣傳感(gan)器(qi)就會(hui)接收(shou)到很強的(de)信号，即(ji)使測壓、測溫元件(jian)的存(cun)在會對(dui)已形成(cheng)的旋(xuan)渦有一定(ding)的影(ying)響(xiang)，但這個(ge)影響也是(shi)小範(fan)圍的。然而(er)當流量降(jiang)低(di)時，随之(zhi)旋渦能量降低(di)，傳感器接收到(dao)的信(xin)号(hao)也(ye)會減(jian)弱，此時測壓、測(ce)溫元件對(dui)旋渦的影(ying)響有了一(yi)定的突(tu)顯(xian)，導緻(zhi)所測量的K系數(shu)與實際值(zhi)之間(jian)存在(zai)了一定的(de)誤差(cha)。當這(zhe)個誤(wu)差達到一定程(cheng)度，會影響一個(ge)流量計的(de)檢定(ding)結果(guo)。

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