渦街流量計:什么是馮卡曼效應(yīng)？

• 發(fā)布時間：2023-08-02

渦街流量計利用馮卡曼效應(yīng)來測量流體或氣體的流量。

什么是馮卡曼效應(yīng)？

20世紀(jì)初，一位匈牙利裔美國數(shù)學(xué)家&物理學(xué)家西奧多·馮·卡曼發(fā)現(xiàn)，垂直流過鈍體的流體或氣體會在發(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·卡曼通過測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量渦流的頻率？我們?nèi)绾螠y量渦流的頻率？

當(dāng)渦流形成并通過發(fā)生體（阻流體）時，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。 

市場上有幾種方法來測量振蕩，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。傳感器在壓縮時會產(chǎn)生一個電信號，可以傳送到流量計的電子設(shè)備?，F(xiàn)在測量了卡門渦頻率（我們知道了St和d），流量計電子學(xué)可以進(jìn)行簡單的計算來確定通過管道的體積流量。

使用渦街流量計有什么益處？

• 高精度

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

• 可調(diào)的測量范圍

可調(diào)范圍定義為可測量范圍的最大值與最小值的比率。允許渦街流量計在測量點數(shù)值波動很大的過程中工作。

• 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算，而孔板流量計需要平方根計算。

• 無零點波動

由于頻率是從傳感器輸出的，所以不會發(fā)生零點漂移。

• 壓力損失小

由于在渦街流量計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相比，在流動管道中引起的流體壓力損失會比較小。