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旋涡流量计是20世纪70年代发展起来的一种速度式流量计。利用流体振动原理进行流量测量，即在特定流动条件下，流体一部分动能产生流体振动，且振动频率与流体的流速（或流量）有一定的关系。这种流量计可分为自然振荡的卡门旋涡分离型和流体强迫振荡的旋涡进动型两种。前者称为涡街流量计，后者称为旋进旋涡流量计。
（1）涡街流量计原理、结构与分类
①涡街流量计的工作原理 非流线型阻流体垂直插入管道中，随着流体绕过阻流体流动，当管道雷诺数达到一定值时，在发生体两侧将交替地分离出卡门涡街。产生旋涡分离的阻流体称为旋涡发生体。涡街流量计根据旋涡脱离旋涡发生体的频率与流量之间的关系测量流量，如图1-4-11给出了卡门涡街的形成示意图。
图1-4-11 涡街流量计工作原理
1—旋涡发生体；2—支架；3—转换器；4—检测元件；5—法兰
根据卡门涡街原理，设涡街脱落频率为 f ，流体来流平均速度为 u ， u 1 为发生体两侧平均流速，发生体迎流面的宽度为 d ，管路直径为 D ，有如下关系
f = S r u 1 / d = S r u / md （1-4-11）
式中， S r 为斯特劳哈尔数，无量纲参数，与发生体形状和雷诺数有关，对于特定发生体，在雷诺数 Re D =2×10 4 ～7×10 6 范围内，可视为常数。 m 为涡街发生体两侧截面积与管道横截面积之比，
于是，可得到管道内的体积流量
q = Su =π D 2 u /4=π D 2 mdf /4 S r （1-4-13）
同时，有
式中， K 为流量计的仪表系数，单位为脉冲数/m 3 ，与管道、涡街发生体的尺寸以及斯特劳哈尔数 S r 有关，在具体测量中可视为常数。因此，在管道直径和发生体尺寸一定的情况下，流体的体积流量与涡街频率成正比，可通过直接测量涡街频率实现流量测量，而不必考虑被测流体的组分和特性等因素。
②涡街流量计结构 涡街流量计的结构分为传感器与转换器两部分。如图1-4-12所示，传感器包括发生体、表体（包括测量管和法兰）、检测元件等；转换器是指涡街流量计的电气部分，包括防护罩和防护罩内的电子模板和显示远传单元。
图1-4-12 涡街流量计结构简图
仪表的表体可制作成法兰型和夹装型两种结构形式。涡街流量计通过法兰或夹装法兰，安装到被测管道上。
表体内流体流通部分加工成公称通径 D 的测量管，为被测流体通过仪表提供通道。测量管内安装发生体和检测元件，发生体与测量管的轴线垂直，可以焊接在表体内，也可通过密封件安装在表体内，其主要功能是产生卡门涡街。安装在表体内检测元件可采用热敏、超声、应变、电容、磁电、应力、光电等多种敏感元件制作，用以检测涡街信号。检测元件可安装在发生体内或发生体的下游，也可移出测量管外。目前检测元件多以应力式的压电晶体为主。
转换器由金属壳体和具有各种功能的电子模板构成。电子模板由放大电路、滤波电路、整形电路、D/A转换电路、远传电路、流量计算电路及LCD显示器等组成，电路框图如图1-4-13所示。转换器接收检测元件输出的信号，并对信号进行处理，获得流量信息。转换器和表体之间通过支架连接，对高温型涡街流量计支架上应夹装散热器。
图1-4-13 信号转换电路框图
③涡街流量计的分类
a. 按连接方式分类。按涡街流量计与管道的连接方式可以分为法兰连接型和夹装型，如图1-4-14所示。
图1-4-14 涡街流量计安装方式
b. 按检测方法分类 按检测方法不同，可以将涡街流量计分为热敏式、超声式、电容式、应力式、应变式、磁电（振动体）式、光电与光纤式涡街流量计以及其他检测技术的涡街流量计。
c. 按使用目的分类。按使用目的不同，可将涡街流量计分为防爆型涡街流量计、高温型涡街流量计、极低温型涡街流量计、耐腐型涡街流量计、插入型涡街流量计以及质量型涡街流量计。
d. 按结构形式分类。按结构形式分类可将涡街流量计分为整体型和分离型。其中，整体型涡街流量计将传感器与转换器（包括流量计算显示单位）集成为一体。而分离型涡街流量计指的是仪表的传感器与转换器分离，适用于特殊工作条件，如高温型涡街流量计。
（2）涡街流量计主要特点及局限性
①特点
a. 输出与流体流速成正比的脉冲信号，不存在零漂，方便信号采集。
b. 无可动部件，可靠性高。
c. 对流体的物性变化不敏感。
一定的雷诺数范围内，旋涡分离的频率仅与流体工作状态下的体积流量成正比。而对被测流体压力、温度、黏度和组分变化不敏感。因此，在几何相似和动力相似条件下，涡街流量计可用一种典型介质（如水或空气）标定，确定其仪表系数，并可在其他介质中使用。涡街流量计这一特点，为实现干标定、发生体标准化提供了有利的条件。目前日本制定了相关标准（JISZ8766）。
d. 量程较宽。
大多数涡街流量计，在雷诺数为2×10 4 ～7×10 6 范围内，具有较好的线性度，以此雷诺数范围计算，涡街流量计最大量程比可达300: 1以上。由于检测元件的敏感度、仪表的压力损失和其他方面的限制要达到如此高的量程比非常困难。但大多数的涡街流量计的量程比可达到10: 1以上，有的可达到20: 1甚至30: 1。
e. 测量精度较高。涡街流量计测量精确度较高，通常测量液体的精确度为0.5%～1%，测量气体的精确度为1%～1.5%。
f. 压力损失较小。
涡街流量计与孔板流量计相比，压力损失小，仅为孔板的1/4～1/2。
g. 可实现干标定。
涡街流量计适用于多种介质，压力损失较小，安装方式灵活，结构形式多样，成为涡街流量计的干标定最有利的条件。
h. 检测手段多样。
涡街流量计可采用热敏、力敏、超声、光电、磁电等检测技术。对于不同的流体、不同的工作条件、不同的测量要求，可选用不同的检测技术，发挥不同技术特点。
i. 结构简单、安装方式灵活。
②局限性
a. 受振动影响大。
管道振动对涡街流量计影响如下。
i. 振动对旋涡稳定分离有一定的影响。涡街流量计是流体振动流量计，当工作管道振动较强，且振动方向与发生体相垂直，振动频率与旋涡频率相同或相近时，对旋涡稳定分离产生影响。
ii. 振动对力敏检测元件的影响。采用力敏检测元件的涡街流量计，力敏检测元件的灵敏度不能太低，因为灵敏度低难以保证下限流量时的灵敏度。如果当管道振动产生的力达到或超过旋涡分离产生的力时，振动力对检测元件的正常工作造成干扰。
b. 上下游直管段。
涡街流量计是一种典型的速度式流量计，旋涡分离的稳定性受发生体上游流场畸变、旋涡流等影响，所以安装仪表应根据上游阻流件的不同形式，配备不同长度的上、下游直管段，或安装流动调整器，为涡街流量计提供良好的流场条件，消除流场对仪表的不利影响。
（3）涡街流量计选用
一般情况下，要考虑的主要因素有性能要求、流体特性、安装要求、环境条件、费用等。
①性能要求 流量仪表的性能要求包括：瞬时流量、累积流量；精确度；重复性；流量范围；允许压力损失；可靠性；输出信号特性；响应时间等内容。
②流体特性 流体特性主要指流体的物理特性，如流体的密度、黏度及液体的饱和蒸气压等。此外，流体的温度、压力也是选表中应考虑的重要问题。
a. 流体的温度。涡街流量计检测元件的极限工作温度、表体材料、整体型涡街流量计的电子元器件的耐温性能是制约涡街流量计工作温度的主要因素。除应变式和光电式涡街流量计外，其余形式涡街流量计均可承受200℃以上的流体温度。电容式、应力式、磁电式具有较好的低温特性。
近几年出现的全塑料耐腐型涡街流量计，具有很强的耐腐性能。由于被测介质的腐蚀性随浓度增大和温度升高而加剧。所以，选用耐腐型涡街流量计时，不仅要考虑腐蚀介质的浓度，还应考虑温度的影响因素。
b. 流体的压力。涡街流量计所能承受的工作压力与涡街流量计表体的材质、密封件和流体温度有关。如果流体温度较高，同样材质能承受的压力应降低。
c. 流体的密度。管道雷诺数 Re D 与流体的密度有关，采用力检测方式的涡街流量计，检测元件所受到交变作用力的大小与密度成正比。由此可见，涡街流量计的下限雷诺数和仪表检测元件的灵敏度均与被测流体的密度有关。选型时，对仪表的下限流量和下限雷诺数的确定应考虑密度的因素。
d. 流体的黏度。各种液体之间的黏度差别较大，且因温度不同，黏度也不同。由于黏度是管道雷诺数 Re D 的主要变量，而涡街流量计的流量特性与 Re D 的关系比较密切，特别是小管径、低流速状态，流体的黏度变化对 Re D 的影响比较明显。
③环境条件 选表时考虑仪表周围的工作环境条件，包括环境温度、湿度、工作电源的质量、电磁干扰情况、安全性等。
（4）涡街流量计安装
①尽可能装在振动和冲击小的场所，如测量到管路中有振动，则应采取加固管道等减振措施。
②若流量计受到生产设备的热辐射较强，则应采取隔热和通风措施。
③流量计安装地点周围应有充裕的空间，以便安装和维护。
④流量计可垂直、水平或倾斜安装。测量液体时，测量点必须充满液体，垂直安装时，液体流向必须自下向上。
⑤一般情况下，阀门安装在流量计的下游。
⑥应保证流量计前后有足够长度的直管段。不同管道情况下直管段要求如表1-4-6所示。
表1-4-6 不同管道情况下直管段的要求
（5）涡街流量计应用
基本型涡街流量计应用于气体、液体、蒸汽流量的测量，除此之外，近十几年还出现了智能型涡街流量计、温压一体式涡街流量计、微小口径涡街流量开关等新型流量计。
①智能型涡街流量计的应用 智能型涡街既有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用。目前市售该类仪表较多。这类产品利用嵌入式芯片实现对流量计的管理，利用数字信号处理方法或人工智能手段实现流量测量。
②温压补偿一体式涡街流量计的应用 带温压补偿一体式涡街流量计，集成压力、温度传感器进行补偿，从而增加可靠性及便捷性。
③微小口径涡街流量开关的应用 由于压电元件的限制，涡街流量计的口径一般局限于25mm以上，通过改变管路截面形状，日本某公司提供了更小口径的涡街流量开关，其口径可低至10mm， Re 数值下限可达1×10 5 ，测量下限0.03m 3 /h。
（1）旋进旋涡流量计的工作原理及结构
①旋进旋涡流量计原理 旋进旋涡流量计原理如图1-4-15所示。流体流入旋进旋涡流量计后，首先通过一组由固定螺旋形叶片组成的起旋器后被强制旋转，使流体形成旋涡流。旋涡的中心为“涡核”，为速度高的区域，其外围为环流。流体流经收缩段时旋涡流加速，沿流动方向涡核直径逐渐缩小，而强度逐渐加强。此时涡核与流量计的轴线一致。当进入扩大段后，旋涡急剧减速，压力上升，于是产生了回流。在回流作用下，涡核围绕着流量计的轴线作螺旋状进动。该进动在贴近扩大段的壁面进行，旋进旋涡的频率范围一般在10～1500Hz，其进动频率 f 和流体的平均流速 u 成正比关系：
f = Ku （1-4-15）
瞬时体积流量 q V
式中 D ——管道内径，m；
K ——旋进旋涡流量计仪表系数，m -3 。
可见，流体体积流量与旋涡进动频率成正比。与涡街流量计一样，仪表系数 K 仅与旋涡发生体机构参数有关，与流体物性及组分无关。
②旋进旋涡流量计的结构 旋进旋涡流量计与上述涡街流量计虽均属流体振动型仪表，但结构和检测方法完全不同。旋进旋涡流量计的旋涡发生体是固定在变送器入口壳体上的螺旋形叶轮，而涡街流量计为非流线型柱体。另外，旋进旋涡流量计所检测的为贴近变送器扩大段壁面的旋涡进动频率，而不是旋涡分离频率。所以其感测元件一般采取接触式检测，敏感元件贴近壁面安装。
旋进旋涡流量计由传感器和转换器组成（见图1-4-15）。传感器包括表体、起旋器、消旋器、检测元件等。转换器将检测元件输出信号放大、滤波、整形、输出方波信号或4～20mA标准信号，其电路结构原理和涡街流量计基本相同。近几年来，国内外已开发了带微处理器的智能式旋进旋涡流量计。转换器内集成CPU、存储、显示、通信及其他功能模块，也有采用微功耗芯片无须外接电源，形成一体化旋进旋涡流量计。
图1-4-15 旋进旋涡流量计结构原理图
（2）旋进旋涡流量计的主要特点及局限性
①特点
a. 旋涡信号强，下限雷诺数比涡街流量计更低，测量气体流量时，下限流速可以低至1.5～2m/s。
b. 受上游阻流件或流速分布畸变影响比涡街流量计小，所以对上游直管段长度的要求比涡街流量计短得多。一般情况，上游直管段长度为5 D ，下游为1 D 。
c. 流量测量范围较宽，测量范围甚至可达100: 1，可小流量区域工作。
d. 无可动部件，因此对于一般的测量不存在仪表的机械磨损。
②旋进旋涡流量计局限性
a. 压力损失大，仪表工作时，通过测量管的全部流体被强迫旋转，流体振动能量与流体的总动能之比要比涡街流量计大得多，因此能量损失大。通过实验可知，大多数的阻力系数比涡街流量计大5～10倍，甚至更大。
b. 结构较复杂，起旋器、测量管结构比涡街发生体和测量管复杂，加工难度大。不宜制成法兰卡装型结构，无法制作插入式流量计。
（3）旋进旋涡流量计的选用
①测量准确度和流量范围 旋进旋涡流量计的测量准确度已经可达±0.5%。流量范围根据流量计的公称通径不同而不同，且对雷诺数有一定的要求。表1-4-7为旋进旋涡流量计的主要技术参数指标。
表1-4-7 旋进旋涡流量计的主要技术参数
仪表的公称口径按运行状态下的最大流量选择。如果所测流量以标准状态流量（注意标准状态的定义：0℃、101325Pa，还是20℃、101325Pa）或质量流量给出，则应将其换算成运行状态下的流量（工况流量），再选择适当的口径。
②压力损失 与涡街流量计相比，旋进旋涡流量计压力损失较大，应根据工况情况下测量水和空气的压力损失标准曲线根据以下公式计算。
对于气体：
对于液体：
式中 p ——涡街流量计下游壳体内压力，kPa；
Δ p '——压力损失，kPa；
对于饱和蒸汽，流量范围和口径的关系、压力损失等可查有关使用手册。
（4）旋进旋涡流量计安装使用
①选择合理的安装场所。安装场所应远离强电力设备、高频设备、强电源开关设备；避开高温热源和辐射热源影响，高温和强腐蚀气氛影响以及强烈振动，并注意安装、布线、维修方便。
②仪表一般要求水平安装，被测流体的流向应与壳体上指示流向的箭头一致，亦可垂直或倾斜安装。当测量液体时，应确保传感器总是完全充满液体。为了检修时不致影响流体的正常传输，建议在仪表的安装段增设旁路。
③旋进旋涡流量计对前后直管段的要求较低，原理上允许流量计前后不需要直管段，但一般要求仪表前有3 D 长度的直管段，仪表后有1 D 长度的直管段。特殊情况要求5 D 和3 D 长度。当单弯管或双弯管的弯管半径大于1.8 D 时，流量计前后可以不加直管段。当被测流体中含有杂质时，应在仪表前加装过滤器或过滤网，但仍应保证仪表前的直管段要求。
④测量少量异相的气液两相流时传感器安装方法。测量液体时，管道中可能有少量的气相，其含量不超过规定的气-液两相流体，为防止气体在传感器内滞留，必须安装气体分离器。测量气体时，管道中可能有所测气体产生的冷凝液或所测气体中存在未被除掉的不稳定液相，为防止液体在传感器内滞留，最好垂直安装。测高、低温流体时传感器自身应加有效的保温措施。
⑤当管道较长，可能发生振动时，应在流量计上游和下游安装固定支架，防止管道振动。根据经验，流量测量值易受气流脉动和压力变化影响。
⑥体积流量仪表系数 K V 和质量流量仪表系数 K m 为仪表出厂前在常温状态标定确定的。仪表工作状态与实验室标定状态相差较大时，仪表系数 K V 和 K m 应修正，对仪表系数修正方法与涡街流量计相同。