涡街流量计是最容易受流动脉动伤害的流量计之一。流动脉动从发生源经流体向下游或上游传递到涡街流量计,并作用在其传感器上,导致传感器输出脉冲数量额外增加,更严重的是涡街流量计还会出现一种“锁定”现象[4]。
1.1 脉动频率的影响
在分析流动脉动对涡街流量计影响时,脉动频率是重要参数,起决定性作用的是脉动频率fP与旋涡剥离频率fv的比值。当此比值较小时,具有近似的稳定流特性,旋涡剥离频率随流速变化,斯特罗哈尔数或校准常数不变。当脉动频率与旋涡剥离频率的比值较大时,就出现一种强烈的趋势,即旋涡剥离周期被“锁定”,即与脉动周期相同(fv=fP)或是脉动周期的一半在锁定条件下,流量计输出停顿,流量指示误差可高达±80%。当脉动频率大大高于旋涡剥离频率时,无明显的锁定现象,但斯特罗哈尔数发生变化,造成稳定流校准数据明显偏离,达到10-1的数量级。
流速脉动幅值U′rms/U的试验数据表明,此幅值不能超过20%。其中,U′rms为流速脉动均方根值;U为轴向流速。脉动频率的限定是指在最低流速时,脉动频率应小于旋涡剥离频率的25%[2]。
1.2 涡街流量计测量脉动流流量
采取合适的阻尼方法将脉动衰减到足够小的幅值(通常为3%)是涡街流量计测量脉动流流量时常用且有效的方法。但当脉动幅值仍高于3%时,可对测量不确定度进行估算,然后对误差进行校正。
脉动引起的锁定现象应设法避免。可行的方法有两个:一是制造发生体较窄的涡街流量计,提高仪表的输出频率,从而使旋涡剥离频率同脉动频率错开得远一些;二是采用插入式涡街流量计测量大管径流量。在相同流速的条件下,小口径流量计输出频率比大口径高若干倍。因此,采用插入式涡街流量计也能将旋涡剥离频率同脉动频率有效错开。
1.3 测量不确定度的估算
如果fv/fP<0.25,且U′rms/U<0.2,测量不确定度约为1%;如果fv比fP高得多,但无明显的锁定现象,流速脉动幅值在0.1~0.2之间,则误差可能为流量示值的10-1的数量级。