涡街流量传感器.docx
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涡街流量传感器
涡街流量传感器
1、概述
涡街流量传感器是国际上普遍采用的流量计量仪表，由于这种仪表具备一些其它的流量计无法比拟的优点，被广泛的应用于热电、石油、化工、冶金等工业部门，也被应用于市政工程和环保行业，实施对液体（如：
水、油、石油、酒精等化液体）、气体（如：
空气、氧气、氮气、天然气、煤气等）和蒸汽（饱和蒸汽、过热蒸汽）的流量计量及检测和控制。
涡街流量传感器与流量显示仪、压力变送器、温度变送器等配套合成为流量计。
2、涡街流量传感器工作原理
涡街流量传感器是根据“卡门涡街”原理研制成的一种流体振荡型仪表。
在流动的流体中插入一个断面为非流线型柱状物体时，在柱体后部两侧会产生两列交错排列的旋涡。
旋涡分离的频率与流速成正比，与柱体迎流面的宽度成反比，可以用下式表示：
f=Sr×u/d公式
（1）
式中：
f：
旋涡分离频率；
Sr：
无量纲常数（斯特劳哈尔数）；
u：
柱体侧面的流速；
d：
柱体的迎流面宽度。
由式
（1）可见，通过测量旋涡的分离频率便可测出流体速度和瞬时流量。
斯特劳哈尔数Sr是可以通过实验确定的无量纲常数（已知）。
斯特劳哈尔数Sr与雷诺数Re函数关系中的线性部分，即是涡街流量传感器的线性测量范围。
通过检测传感器探头的输出脉冲检测出频率f即可求得管内流体的速度，再由流速求出体积流量。
单位时间内的输出脉冲数n与相应的体积流量Qv之比称之为传感器的仪表系数K：
K=n/Qv（n/m3）公式
（2）
式中：
K：
仪表系数（n/m3）
n：
脉冲数
Qv：
流体体积（m3）
“青流”牌涡街流量传感器采用压电晶体元件检测旋涡分离频率。
流体流过时，旋涡在柱体后部两侧交替分离，产生压力脉动；安装在柱体内的探头受到交变力，使埋设在探头体内部的压电晶体元件受到交变力的作用产生交变电荷；交变电荷信号经检测放大器处理后，以频率信号输出或经过进一步变换成与流量成比例的4～20mA直流标准输出。
配接流量显示仪表（计算机DCS系统）及温度、压力变送器后，组成流量计量系统，对所测量介质进行运算、显示和累计。
3、产品特点
1）完整的口径系列：
DN10mm～DN500mm。
2）量程范围宽：
“青流”牌涡街流量传感器的量程范围度，一直保持国内先进水平，尤其是计量小流量，信号特性极强。
3）测量介质温度高：
专利产品特高温（H）型涡街流量传感器，可测量介质温度达400℃以上。
4）更换探头方便：
一旦探头损坏，在不断流不卸压状态下，可以直接更换探头，真正实现可在线修理（仅限H型）。
5）出厂仪表都经过逐台检定，现场不需要再对任何参数进行调整。
6）多种品种标识：
K、G、G0、H、B、M。
4、主要技术指标
“青流”牌LUGB系列涡街流量传感器的主要技术指标见表一。
表一LUGB系列涡街流量传感器的主要技术指标
公称直径（mm）
10、12.5、15、20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300、350、400、450、500
公称压（MPa）
2.5（若>2.5协议供货）
介质温度
-40～150℃；-40～250℃；0～300℃；-200～400℃
表体材料
1Cr18Ni9Ti（其它材料协议供货）
精确度
1.0级；1.5级（0.5级协议供货）
输出信号
方波：
高电平≥6V，低电平<1V；标准电流4～20mA
供电电压
+12VDC～24VDC
阻力系数
Cd≤2.4
防爆标志
iaⅡCT6
环境条件
温度-40～55℃，相对湿度5%～90%，大气压力86～106kPa
适用介质
气体、液体、蒸汽
防爆关联设备
齐纳安全栅：
WD97-65A/DWD97-72A/DWD97-78A/D
5、涡街流量传感器的选用
涡街流量传感器的选型正确与否将直接影响到仪表能否正常运行，因此请用户在选用涡街流量传感器时，一定要仔细的了解仪表安装位置的工况，认真核对流体的工艺参数，使所选用的传感器能够满足所测量的工况流量范围要求。
1）传感器流量范围的确定
不同管径的涡街流量传感器的测量范围是不一样的。
即使同一管径的传感器，用于不同的介质计量时，它的测量范围也是不一样的。
实际可用的测量范围需要通过计算确定。
★气体流量范围的确定
（1）参比条件下气体的流量范围
空气在常温常压状态下，即参比条件下（t=20℃，P=0.1MPa，ρ=1.205kg/m3）的工况流量范围见表二。
表二参比流量范围单位：
m3/h
传感器通径DN（mm）
液体
气体
可选流量范围
标准流量范围
可选流量范围
标准流量范围
QminA
QminB
QminC
Qmax
Qmin～Qmax
QminA
QminB
QminC
Qmax
Qmin～Qmax
10
0.16
2
0.32～1.6
2
10
2～10
12.5
0.2
3
0.42～2.5
3.2
16
3.2～16
15
0.25
5
0.5～4
4.2
25
4.2～25
20
0.3
0.5
0.7
10
0.75～6
5
6
7.5
60
8～40
25
0.4
0.6
0.8
16
1～8
6
8
10
120
10～60
32
0.6
1
1.2
25
1.5～12
10
13
16
200
16～100
40
1.0
1.6
2
40
2～20
123
15
20
300
20～160
50
1.5
2.4
3
60
3～30
20
25
31
500
31～250
65
2.5
4.0
5
100
5～50
32
40
50
800
50～400
80
4.0
6.4
8
160
8～80
48
60
75
1200
75～600
100
6.2
10
12
250
12～120
80
100
120
2000
120～1000
125
10
16
20
400
20～200
120
150
200
3000
200～1600
150
15
24
30
600
30～300
200
250
310
5000
310～2500
200
25
40
50
1000
50～500
320
400
500
8000
500～4000
250
40
64
80
1600
80～800
480
600
750
12000
750～6000
300
50
80
100
2000
100～1000
640
800
1000
16000
1000～8000
350
75
120
150
3000
160～1600
1000
1200
1500
25000
1500～12000
400
100
160
200
4000
200～2000
1200
1500
2000
30000
2000～16000
450
120
200
250
5000
250～2500
1600
2000
2500
40000
2500～20000
500
150
240
300
6000
300～3000
2000
2500
3000
50000
3100～25000
介质温度在-40～150℃时取QminA；在-40～250℃时取QminB；在0～300℃或压力在10～25MPa时取QminC。
（2）实际使用条件下的工况流量范围
当测量的气体不是常温常压空气时，需要计算可测量的工况流量范围。
涡街流量传感器的上限流量一般不受介质压力和温度影响，而下限流量则取决于介质的工况密度和运动粘度。
因此，确定流量范围实际上是确定实际可用的下限流量，具体步骤为：
a）首先计算由密度决定的工况下限流量。
流量传感器用于密度大的介质，下限流量较低。
如果ρ≤ρ0时，则：
Qρ=Q0×
公式（3）
式中：
Qρ：
该介质在工况密度下仪表的工况下限流量（m3/h）；
Q0：
表二查得的参比条件下仪表的下限流量（m3/h）；
ρ0：
表二指定的参比条件下的空气密度，ρ0=1.205kg/m3；
ρ：
被测介质工况密度（kg/m3）。
如果ρ>ρ0时，则Qρ=Q0×
公式（4）
如果气体介质工况与参比条件相差较大（温度≤150℃）时，则应根据工况密度ρ（kg/m3）按表三计算工况下限流量Qρ（m3/h）。
表三气体介质温度≤150℃工况下体积流量测量范围单位：
m3/h
ρ
kg/m3
DNmm
0.6
0.8
1
1.2
2
3
4
6
8
10
15
20
Qmax
10
2.8
2.4
2.2
2
1.7
1.5
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
10
12.5
4.5
3.8
3.5
3.2
2.7
2.4
2.1
1.9
1.7
1.6
1.4
1.2
16
15
5.9
5.0
4.6
4.2
3.5
3.1
2.8
2.4
2.2
2.1
1.8
1.6
25
20
7.1
6.1
5.5
5
4.2
3.7
3.3
2.9
2.7
2.5
2.2
2.0
60
25
8.5
7.4
6.6
6
5.1
4.4
4.0
3.5
3.2
3.0
2.6
2.4
120
32
14
12
11
10
8.4
7.4
6.7
5.8
5.3
4.9
4.3
3.9
200
40
17
14
13
12
10
8.9
8.0
7.0
6.4
5.9
5.2
4.7
300
50
28
24
22
20
17
15
13
12
11
9.8
8.6
7.8
500
65
45
38
35
32
27
24
21
19
17
16
14
12
800
80
67
58
53
48
40
36
32
29
25
24
21
19
1200
100
110
98
88
80
67
59
54
47
43
40
34
31
2000
125
170
140
130
120
100
89
80
70
64
60
52
47
3000
150
280
240
220
200
170
150
130
120
110
98
86
78
5000
200
448
384
352
320
270
240
214
190
170
160
140
125
8000
250
670
580
530
480
400
360
320
280
250
240
210
190
12000
300
900
710
700
640
540
470
430
370
340
310
280
250
16000
350
1400
1200
1100
1000
840
740
670
580
530
490
430
390
25000
400
1680
1440
1320
1200
1000
890
800
700
640
590
520
470
30000
450
2240
1920
1760
1600
1340
1180
1070
930
850
780
670
620
40000
500
2800
2400
2200
2000
1680
1480
1340
1160
1060
980
860
780
50000
b）核算由运动粘度决定的线性下限流量Qν：
（介质运动粘度小时，流量计的线性下限流量较低。
）
Qν=Q0×ν/ν0公式（5）
式中：
Qν：
计量该介质时，流量传感器的线性下限流量；
Q0：
表二查得的参比条件下空气的下限流量；
ν0：
表二指定的参比粘度，15kg/s2（10-6m2/s）；
ν：
被测介质的工况粘度。
c）比较Qρ和Qν，确定可用下限流量和线性下限流量：
当Qν≥Qρ时，可测量流量是Qρ～Qmax，Qmax是表二指定的上限流量；
线性流量范围是Qν～Qmax；
当Qν选型计算举例
例一：
已知气体的密度和粘度时，测量某气体。
密度ρ=1.668kg/m3，运动粘度计算公式为ν=13×10-6m2/s，试计算采用DN100的涡街流量传感器可测量的最小工况流量。
①计算由密度决定的工况下限流量：
由表二查出，DN100空气下限流量Q0可取QminB（中间值）=100m3/h；因为ρ>ρ0，应代入公式（4）：
Qρ=Q0×
=100×
=100×0.897
=89.7
即采用DN100的涡街流量传感器测量气体的最小可测流量是89.7m3/h。
②核算由运动粘度决定的线性下限流量：
代入公式（5）：
Qν=Q0×ν/ν0
=100×13/15
=86.7
线性下限流量是86.7m3/h。
③因为Qν结论：
DN100流量计用于该气体，下限流量是89.7m3/h。
（也可以用插值法查表三，核验下限流量：
ρ=1.2kg/m3时DN100的Qmin=80m3/h，ρ=2kg/m3时DN100的Qmin=67m3/h，则实际可测的下限流量为：
Qmin=80－（80－67）/（2－1.2）×（1.668－1.2）=72.4
因此89.7m3/h的下限流量是可测的。
）
（3）当已知气体压力（应将表压换算成绝对压力）和温度及标准状况下的流量时，必须先按气态方程：
Q工=Q标×P标/P工×T工/T标公式（6）
式中，P标：
气态方程标况大气压（0.101325MPa）；
P工：
工况下介质压力（=表压P表+大气压P标）；
T标：
气态方程标况温度（=273.15K，即0℃）；
T工：
工况下介质温度（=T标+摄氏工作温度t）。
将标准状况下的流量换算成工作状况下的流量，再查表计算。
选型计算举例
例二：
某压缩空气，标况流量Q标=10～60Nm3/min，工作状况下压力P表=0.7MPa（表压），温度t=30℃，试确定涡街流量传感器口径。
①计算使用工况流量Q工：
按气态方程，工况下使用流量范围下限是：
Qmin工=Q标×P标/P工×T工/T标
=Qmin标×0.101325/（P表+0.101325）×（273.15+t）/273.15
=10×0.101325/（0.7+0.101325）×（273.15+30）/273.15
=10×0.1264×1.1098
=1.4（m3/min）
即：
Qmin工=1.4×60=84（m3/h）
使用流量上限是：
Qmax工=84×60/10=504（m3/h）
②根据使用工况流量范围84～504m3/h，查表二，DN80涡街流量传感器的流量范围是75～600m3/h，包含并接近使用流量范围，初步认为可以选用DN80的传感器。
但还应具体核算DN80流量传感器在该工况条件下的下限流量（Q0可取QminA=48m3/h）。
因为P工=0.7+0.101325MPa，大于参比压力，所以ρ>ρ0，则：
Qρ=Q0×
=Q0×
=Q0×
=48×
=48×0.52=24.96（m3/h）
即：
DN80涡街流量传感器在该工况条件下的下限流量是24.96m3/h，远小于要求的工况下限流量84m3/h，可以确定选用DN80涡街流量传感器。
（4）已知工况参数及工况流量时，由于涡街流量计选型都是以工况流量为依据的，选型计算只需对仪表在该使用工况条件下的流量下限进行核算。
选型计算举例
例三：
某压缩空气管道，压力0.8MPa（绝对压力），温度常温，压力状态下流量30～700m3/h，试选定流量计口径。
①对照表二，满足下限流量条件的流量传感器为DN50。
但考虑到上限流量700m3/h，可初选DN80，试计算其工况下限流量。
其参比条件下流量下限48m3/h。
②计算工况下的仪表流量下限：
Qρ=Q0×
=Q0×
=48×
=24
Qν=Q0×ν/ν0
=Q0×（P0/P）
=48×（0.1/0.8）
=6
根据计算，DN80的涡街流量传感器在该工况下的仪表流量下限低于要计量的管道流量下限30m3/h，因此可选用DN80或再大些的涡街流量传感器。
（5）气体流量上限的选择
气体流量上限的选择以表二中的上限流量为准，在一般情况下，气体流速应<75m/s。
（6）为了方便用户选型计算，这里提供几个气体流量换算公式：
a）标准状态下的体积流量QN换算成工况状态下的体积流量QV：
QV=QN×
（m3/h）公式（14）
b）标准状态下的密度ρN换算成工况状态下的密度ρ：
ρ=ρN×
=ρN×
（kg/m3）公式（15）
c）质量流量QG换算成体积流量QV：
QV=QG/ρ（m3/h）公式（16）
d）体积流量QV换算成质量流量QG：
QG=QV×ρ（kg/h）公式（17）
式中：
t：
工况状态下的温度（℃）；
P：
工况状态下的表压（MPa）；
ρ：
工况状态下的密度（kg/m3）；
ρN：
标准状态下的密度（kg/Nm3）；
QN：
标准状态下的体积流量（Nm3/h）；
QV：
工况下的体积流量（m3/h）；
QG：
工况下的质量流量（kg/h）。
表四标准状态下的气体密度表
气体名称
空气
氢气
氧气
氮气
氯气
氨气
ρN（kg/Nm3）
1.293
0.08988
1.429
1.251
3.214
0.771
气体名称
氩气
乙炔
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
ρN（kg/Nm3）
1.785
1.172
0.7167
1.357
2.005
2.703
气体名称
乙烯
丙烯
天然气
煤气
一氧化碳
二氧化碳
ρN（kg/Nm3）
1.264
1.914
0.828
0.802
1.250
1.927
注：
标准状态为温度0℃，压力0.1013MPa。
★液体流量范围的确定
液体流量范围见表五。
表五液体介质温度≤150℃工况体积下流量测量范围单位：
m3/h
ρkg/m3
DNmm
500
600
700
800
1000
1200
1400
1600
1800
Qmax
10
0.23
0.21
0.19
0.17
0.16
0.15
0.14
0.13
0.12
2
12.5
0.28
0.26
0.24
0.22
0.20
0.18
0.17
0.16
0.15
3
15
0.35
0.32
0.29
0.27
0.25
0.23
0.21
0.20
0.19
5
20
0.46
0.43
0.39
0.36
0.33
0.30
0.28
0.26
0.24
10
25
0.56
0.52
0.48
0.44
0.40
0.36
0.34
0.32
0.30
16
32
0.84
0.78
0.72
0.66
0.60
0.54
0.51
0.47
0.45
25
40
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.91
0.85
0.79
0.75
40
50
2.1
1.9
1.8
1.7
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
60
65
3.5
3.2
3.0
2.8
2.5
2.3
2.1
2.0
1.9
100
80
5.6
5.2
4.8
4.4
4.0
3.6
3.4
3.2
3.0
160
100
8.9
8.1
7.5
6.9
6.3
5.6
5.2
5.0
4.6
250
125
14
13
12
11
10
9.1
8.5
7.9
7.5
400
150
21
19
18
16
15
14
13
12
11
600
200
35
33
30
28
25
23
21
20
19
1000
250
57
52
48
45
40
37
34
31
29
1600
300
71
65
59
56
50
45
42
39
36
2000
350
105
97
90
82
75
68
64
59
56
3000
400
140
130
120
110
100
91
85
79
75
4000
450
168
156
144
132
120
109
102
95
90
5000
500
210
195
180
165
150
135
126
119
112
6000
说明：
①若测量的液体不是水，且液体密度已知，可按公式（3）计算出流量范围；
②计算不同密度下液体的可测量最小流量时，ρ0应取1000kg/m3；
③液体的最大流速一般应<7.5m/s。
★蒸汽流量范围的确定
（1）当用户测量的介质为蒸汽时，常采用的计量单位是质量流量，即：
吨/小时或公斤/小时。
由于蒸汽（过热蒸汽和饱和蒸汽）在不同温度和压力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范围的确定可由公式（7）进行计算得出：
Q蒸汽=1.5Q空气×ρ×10-3×
公式（7）
式中ρ：
蒸汽的密度；
ρ0：
1.205kg/m3。
计算方法如下：
a）由表二查出对应口径的空气流量范围；
b）查有关资料得到蒸汽的密度；
c）由公式（7）计算下限和上限流量范围。
选型计算举例
例四：
计算DN100口径饱和蒸汽0.8MPa时的流量范围。
①由表二查出DN100流量范围是120～1000m3/h。
②由饱和水蒸气密度表（附表）查出0.8MPa时ρ=4.162kg/m3
③计算
Qmin=1.5×120×4.162×10-3×
=0.403（t/h）
Qmax=1.5×1000×4.162×10-3×
=3.360（t/h）
为了使用户选型方便，表六中列出了饱和水蒸气的可用质量流量范围，供用户选型时参考。
（注：
当被测介质温度为-40～250℃时，选表六中QminB值；当温度为0～300℃时，选表六中QminC值。
）
表六饱和蒸汽质量流量范围
绝对压力
MPa
0.1
0.14
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
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