渦街流量計(jì):什么是馮卡曼效應(yīng)？

• 發(fā)布時(shí)間：2023-08-02

渦街流量計(jì)利用馮卡曼效應(yīng)來(lái)測(cè)量流體或氣體的流量。

什么是馮卡曼效應(yīng)？

20世紀(jì)初，一位匈牙利裔美國(guó)數(shù)學(xué)家&物理學(xué)家西奧多·馮·卡曼發(fā)現(xiàn)，垂直流過(guò)鈍體的流體或氣體會(huì)在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生交替的漩渦。這些漩渦的路徑被稱為“馮卡門街”。

馮·卡曼通過(guò)測(cè)量這些渦流的頻率發(fā)現(xiàn)，其頻率與產(chǎn)生渦流的流速成正例，該頻率被稱為卡門渦頻率?？梢杂靡韵鹿皆跀?shù)學(xué)上表達(dá)頻率與流速的關(guān)系：

從方程中可以看出，頻率與速度成正比。如果我們能測(cè)量頻率（f），知道斯特勞哈爾數(shù)（St），知道漩渦發(fā)生體寬度（d），我們就能求解v（速度）。

我們?nèi)绾螠y(cè)量渦流的頻率？我們?nèi)绾螠y(cè)量渦流的頻率？

當(dāng)渦流形成并通過(guò)發(fā)生體（阻流體）時(shí)，與流體的其余部分相比，它們產(chǎn)生了低壓。這種低壓在發(fā)生體上產(chǎn)生壓差（dp）。dp的高壓側(cè)向低壓方向?qū)Πl(fā)生體施加應(yīng)力。由于渦流從一側(cè)向另一側(cè)切換，低壓側(cè)的位置交替變化，所施加力的方向變化導(dǎo)致發(fā)生體振蕩。該振蕩就是卡門渦頻率。 

市場(chǎng)上有幾種方法來(lái)測(cè)量振蕩，其中膜片和電容傳感器是比較常見的兩種。但是最好的方法還是使用壓電晶體傳感器。傳感器在壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，可以傳送到流量計(jì)的電子設(shè)備。現(xiàn)在測(cè)量了卡門渦頻率（我們知道了St和d），流量計(jì)電子學(xué)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)確定通過(guò)管道的體積流量。

使用渦街流量計(jì)有什么益處？

• 高精度

渦街流量計(jì)的測(cè)量精度為液體和氣體指示值的±1％(脈沖輸出)，比孔板流量計(jì)高。對(duì)于液體，根據(jù)流體類型及其條件，可以得到±0.75％的精度。

• 可調(diào)的測(cè)量范圍

可調(diào)范圍定義為可測(cè)量范圍的最大值與最小值的比率。允許渦街流量計(jì)在測(cè)量點(diǎn)數(shù)值波動(dòng)很大的過(guò)程中工作。

• 輸出與流量成比例

由于輸出與流量（流速）成正比，所以不需要平方根計(jì)算，而孔板流量計(jì)需要平方根計(jì)算。

• 無(wú)零點(diǎn)波動(dòng)

由于頻率是從傳感器輸出的，所以不會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移。

• 壓力損失小

由于在渦街流量計(jì)的管道中僅放置了渦街發(fā)生體，因此與具有孔板的流量計(jì)相比，在流動(dòng)管道中引起的流體壓力損失會(huì)比較小。