渦街流量計在投入使用之前，需要根據(jù)其所測介質(zhì)是液體或氣體選擇相應的標定系統(tǒng)標定，從而確定儀表系數(shù)、測量范圍、精度以及電路參數(shù)。針對DN300渦街流量計在液體介質(zhì)中的使用，我們選擇了3臺送往開封國家水大流量計量站進行標定，確定了其儀表系數(shù)、測量范圍及電路參數(shù)。
                              1 工作原理
                             
                        渦街流量計是根據(jù)“卡門渦街”原理研制成的一種流體振蕩型流量儀表。在流動的液體中插入一個斷面為非流線型柱狀物體時，在柱體后部兩側(cè)會產(chǎn)生兩列交錯排列的旋渦，如圖1所示。旋渦分離的頻率與流速成正比，與柱體的寬度成反比，可以用公式（1）表示：
                              f=St×U/d……公式                （1）
                        式中：
                              f：  旋渦分離頻率
                              St：斯特勞哈爾數(shù)（無量綱常數(shù)）
                              U： 柱體側(cè)面的流速
                              d： 柱體的迎流面寬度
                              由公式（1）可見，通過測量旋渦的分離頻率便可測出流體流速，再由流速求出體積流量，進而得到公式（2）
                              f=Q×K……公式                   （2）
                        式中：
                              K：儀表系數(shù)m-3。
                              Q：體積流量（m3/h）
                              
                              
                        渦街流量計的電路將壓電晶體元件（傳感器）檢測到的旋渦分離頻率經(jīng)放大、整形處理后。以頻率信號輸出，或進一步變換成與流量成比例的4～20mADC信號輸出，如圖2所示。

                              2 預期目標
                              本次是對DN300渦街流量計的標定，我們制定了以下目標。
                              （1）按量程比7：1、精度1.0級、重復性0.3%以下的指標標定合格；
                              （2）取得其在水標定時電路參數(shù)的設定值；
                              （3）在滿足量程比7：1、精度1.0級的條件下，通過對電路參數(shù)的調(diào)整，尋找其盡可能低的下限流量。
                              3 分析及調(diào)整
                              3.1 中小口徑渦街流量計水標定
                              數(shù)據(jù)如表1所示。
                        表1 中小口徑渦街流量計水標定數(shù)據(jù) 
                              DN/mm測量范圍/m3·h-1精度
                              505~501.0
                              8013~1301.0
                              10020~2001.0
                              15050~5001.0

                              3.2 電路參數(shù)的設定
                             
                        對于應力式渦街流量計，介質(zhì)流過旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦強度與升力ρU2（ρ為介質(zhì)密度，U為流速）成比例關系。對同一種介質(zhì)，測量的流量范圍的不同，信號強弱就不同，大口徑的渦街流量計產(chǎn)生的旋渦強度比小口徑的渦街流量計產(chǎn)生的旋渦強度大，因此大口徑的渦街流量計電荷放大器的放大率（K1）可調(diào)得比小口徑的渦街流量計電荷放大器的放大率小。渦街流量計*次標定時，其儀表系數(shù)和流量范圍都是未知的，流量范圍對應的頻率也是未知的。此時帶通濾波器通頻帶（K2、K3）應設得較寬，我們設定上下限頻率比為30：1左右。由于標定裝置的流場穩(wěn)定，干擾少，因此電壓放大器的放大率（GB）以及施密特觸發(fā)器的觸發(fā)門限（SB）可按常規(guī)設置。
                             
                        結(jié)合表1估計DN300的渦街流量計的流量范圍可能在300～1800m3/h。選擇1000m3/h進行標定，得到系數(shù)K為0.0442。根據(jù)公式f=Q×K計算出估算的流量上下限對應的頻率上下限。
                             
                        在標定時應遵循一個原則：工作頻率范圍盡可能多地落到帶通濾波器設定的通頻帶內(nèi)。因此根據(jù)計算得到的頻率上下限，重新設置濾波器通頻帶。由于濾波器通頻帶的設定是通過調(diào)整K2、K3每一位開關決定一個濾波電容是否并聯(lián)到電路中來實現(xiàn)的，而對于K2、K3的開關組合非常多，調(diào)整要逐步摸索，使濾波器截止頻率接近計算得到的上下限頻率。標定時當流量上升到某一個值時，渦街流量計的輸出頻率突然大幅度下降，這就是濾波器上限頻率太小造成的。此時調(diào)整K3，選擇較小的電容并聯(lián)值，提高上限截止頻率。受設備能力的限制，流量上限只能到1500m3/h，因此按300～1500m3/h流量范圍進行標定。在300～1500m3/h流量范圍內(nèi)取5點標定[2]，得到表2所示的數(shù)據(jù)：
                        表2 DN300渦街流量計標定數(shù)據(jù) 
                              序號儀表系數(shù)/K結(jié)果
                              10.04460.04460.04450.04420.0442基本誤差：0.45%  
                              重復性：0.14%
                              20.04450.04420.04420.0440.044基本誤差：0.56%  
重復性：0.12%
                              30.04460.04450.04430.04410.0441基本誤差：0.56%  
                              重復性：0.12%

                             
                        從表2中可以看出，基本誤差和重復性都在要求的范圍之內(nèi)，但量程比不到7：1。這時通過降低下限流量的方法來增大量程比，將流量范圍調(diào)整為220～1500m3/h。由于流量范圍的調(diào)整使輸出頻率大小及信號強弱發(fā)生改變，此時要對電路中帶通濾波器的通頻帶重新設置。對于*次標定的渦街流量計，這是需要反復進行的工作。在滿足所產(chǎn)生的旋渦強度的要求以及zui低雷諾數(shù)（20000）限制時，低的流量下限是追求的目標之一。而DN300渦街流量計到流量下限220m3/h時產(chǎn)生的頻率為3Hz左右，非常接近壓電晶體熱效應產(chǎn)生的頻率。因此在調(diào)低帶通濾波器下限截止頻率時，要盡可能將壓電晶體的固有頻率作為干擾信號予以切除。也就是說，濾波器下限截止頻率不能低于壓電晶體熱效應產(chǎn)生的頻率，這也是渦街流量計的流量下限不能做得太低的原因之一。
                              根據(jù)以上分析和調(diào)整，得到表3所示的數(shù)據(jù)：
                        表3 DN300渦街流量計標定數(shù)據(jù)（2）
                          序號儀表系數(shù)/K結(jié)果
                              10.04480.04470.04450.04410.0441基本誤差：0.79%  
                              重復性：0.14%
                              20.04470.04470.04440.04420.0439基本誤差：0.89%  
                              重復性：0.12%
                              30.04490.04480.04450.04430.0442基本誤差：0.78%  
                              重復性：0.12%

                              3.3 結(jié)果分析
                             
                        此次3臺DN300渦街流量計的水標定實現(xiàn)了預期目標，取得了國家水大流量計量站的檢定證書。通過對數(shù)據(jù)的分析可以看出兩點：
                             
                        （1）從儀表系數(shù)值的走勢來看，上限流量的值提高到1800m3/h，儀表基本誤差將接近1.0%，也能達到精度1.0級的要求；
                              （2）儀表的重復性遠遠低于國家計量標準要求的0.33%的標準，這對于儀表的應用非常有利。
                              4 結(jié)束語
                             
                        在實際應用中，由于渦街流量計所測介質(zhì)因液體或氣體流速范圍及密度的不同，使得旋渦的分離頻率范圍及分離時產(chǎn)生的信號強度也會不同，電路參數(shù)會有較大差別。因此，同一電路參數(shù)是不能用于測量不同介質(zhì)的，介質(zhì)改變，電路參數(shù)也應隨之改變。