涡街流量计:什么是冯卡曼效应？

• 发布时间：2023-08-02

涡街流量计利用冯卡曼效应来测量流体或气体的流量。

什么是冯卡曼效应？

20世纪初，一位匈牙利裔美国数学家&物理学家西奥多·冯·卡曼发现，垂直流过钝体的流体或气体会在发生体两侧产生交替的漩涡。这些漩涡的路径被称为“冯卡门街”。

冯·卡曼通过测量这些涡流的频率发现，其频率与产生涡流的流速成正例，该频率被称为卡门涡频率。可以用以下公式在数学上表达频率与流速的关系：

从方程中可以看出，频率与速度成正比。如果我们能测量频率（f），知道斯特劳哈尔数（St），知道漩涡发生体宽度（d），我们就能求解v（速度）。

我们如何测量涡流的频率？我们如何测量涡流的频率？

当涡流形成并通过发生体（阻流体）时，与流体的其余部分相比，它们产生了低压。这种低压在发生体上产生压差（dp）。dp的高压侧向低压方向对发生体施加应力。由于涡流从一侧向另一侧切换，低压侧的位置交替变化，所施加力的方向变化导致发生体振荡。该振荡就是卡门涡频率。 

市场上有几种方法来测量振荡，其中膜片和电容传感器是比较常见的两种。但是最好的方法还是使用压电晶体传感器。传感器在压缩时会产生一个电信号，可以传送到流量计的电子设备。现在测量了卡门涡频率（我们知道了St和d），流量计电子学可以进行简单的计算来确定通过管道的体积流量。

使用涡街流量计有什么益处？

• 高精度

涡街流量计的测量精度为液体和气体指示值的±1％(脉冲输出)，比孔板流量计高。对于液体，根据流体类型及其条件，可以得到±0.75％的精度。

• 可调的测量范围

可调范围定义为可测量范围的最大值与最小值的比率。允许涡街流量计在测量点数值波动很大的过程中工作。

• 输出与流量成比例

由于输出与流量（流速）成正比，所以不需要平方根计算，而孔板流量计需要平方根计算。

• 无零点波动

由于频率是从传感器输出的，所以不会发生零点漂移。

• 压力损失小

由于在涡街流量计的管道中仅放置了涡街发生体，因此与具有孔板的流量计相比，在流动管道中引起的流体压力损失会比较小。