涡街流量计是一种基于流体动力学原理工作的流量测量仪表，广泛应用于工业领域中液体、气体和蒸汽的流量测量。其核心测量机制巧妙地将流体的流动转化为可测量的电信号，整个过程涉及流体振动、漩涡形成和信号处理等多个环节。下面我们来深入探秘涡街流量计从流体振动到信号输出的完整机制。
一、基本原理：卡门涡街（Kármán Vortex Street）
涡街流量计的核心物理基础是卡门涡街现象。当流体流经一个非流线型的障碍物（称为“旋涡发生体”或“ bluff body”）时，在特定的雷诺数范围内，流体在障碍物下游两侧会周期性地交替分离出旋转方向相反的旋涡，形成两列平行但交错排列的旋涡，称为“涡街”。
二、从流体振动到物理信号：检测方式
旋涡的周期性产生会引起流场中的压力波动和流体振动。涡街流量计通过传感器检测这些变化，将其转化为电信号。常见的检测方法有：
1. 压电传感器检测法
在旋涡发生体内部或尾部安装压电晶体。旋涡交替产生时，引起局部压力周期性变化，压电晶体受力变形并产生电荷信号（压电效应），从而输出与旋涡频率对应的交变电压信号。
2. 电容式或应变片检测法
通过测量旋涡发生体因流体作用而产生的微小振动或应变。例如，将应变片贴附在发生体根部，其电阻随振动变化，构成电桥输出电信号。
三、信号处理与输出
传感器输出的原始信号通常较微弱，且可能混有噪声（如管道振动、流体湍流等）。因此，需要经过以下信号处理步骤：
1. 放大与滤波
使用前置放大器增强信号，并通过带通滤波器滤除低频机械振动和高频电磁干扰。
2. 波形整形
将模拟正弦波信号转换为标准的方波或脉冲信号，便于后续数字处理。
3. 频率测量与流量计算
微处理器对脉冲频率进行计数，结合标定的仪表系数（K-factor）和管道参数，计算出瞬时流量和累积流量。
4. 信号输出*
流量数据可通过多种方式输出：
- 脉冲信号（用于总量计量）
- 4–20 mA 模拟信号（用于远传显示）
- 数字通信（如HART、Modbus、Profibus等）
四、优点与局限性
优点：
无活动部件，结构简单，维护成本低
测量精度较高，量程比宽（可达1:20以上）
对流体物性变化不敏感，适用于多种介质
压力损失较小
局限性：
对直管段要求较高，以保证流场稳定
不适用于低流速或高粘度流体（雷诺数过低时涡街不稳定）
易受管道振动干扰，需良好安装与信号处理
五、结语
涡街流量计巧妙地将流体的宏观流动转化为周期性振动，再通过物理传感器和电子系统将其“翻译”为可读的流量信号。它不仅是流体力学原理的工程应用典范，也体现了现代传感技术与信号处理的深度融合。随着智能仪表和数字信号处理技术的发展，涡街流量计的抗干扰能力和测量精度将持续提升，继续在工业自动化中发挥重要作用。
