在自然界中，存在許多流體振動(dòng)現(xiàn)象。例如旗幟在風(fēng)中飄揚(yáng)；野外架空電線(xiàn)在風(fēng)中發(fā)出的嗡嗡聲響；小溪流使水中的水草、禾苗、小樹(shù)干頻頻擺動(dòng)等，都是流體振動(dòng)現(xiàn)象的具體表現(xiàn)。
在流體振動(dòng)(hydrodynamicoscillation)現(xiàn)象中，流體振動(dòng)頻率與流速之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)用這種原理測(cè)量流量的儀表主要包括旋渦分離流量計(jì)(VortexSheddingFlowmeter)常稱(chēng)渦街流量計(jì)；旋渦進(jìn)動(dòng)流量計(jì)(VortexPrecessingFlowmeter)常稱(chēng)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)；射流流量計(jì)(FluidicFlowmeter)。
古時(shí)候，人們就注意到風(fēng)可以使拉緊的琴弦發(fā)出不同的聲音。也有半夜里，掛在床頭墻壁的自鳴琴，被夜風(fēng)吹得發(fā)出聲響，把主人從夢(mèng)中喚醒的記載。
渦街流量計(jì)國(guó)外發(fā)展史
自20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，美、歐各國(guó)和日本的科學(xué)家先后以不同的方式投入流體振動(dòng)流量計(jì)的研究。到60年代末和70年代初，先后出現(xiàn)了以上三種流量計(jì)。因制造、應(yīng)用和推廣方面的原因，三種流量計(jì)的發(fā)展情況有所不同。渦街流量計(jì)的特點(diǎn)發(fā)揮得比較充分，被用戶(hù)接受較早，發(fā)展最迅速。其他兩種儀表發(fā)展相對(duì)緩慢些，但這幾年也逐步在推廣。
16世紀(jì)中期，畫(huà)家、科學(xué)家達(dá)·芬奇就在他的作品中描繪了插人水中鈍體的后方出現(xiàn)的旋渦列。
世界上最早研究渦街現(xiàn)象的人是匈牙利物理學(xué)家斯特勞哈爾(Strouhal)。1878年，在他指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在風(fēng)的作用下，一根細(xì)弦絲發(fā)聲的音調(diào)與風(fēng)速成正比，而與弦絲的直徑成反比。
1879年，羅德·拉雷特(Lord.Rarleight)發(fā)現(xiàn)：旋渦引起流體振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)方向與流動(dòng)方向相垂直；他還觀(guān)察到：琴弦的固有音調(diào)與風(fēng)對(duì)其作用的音調(diào)相吻合時(shí)，聲響會(huì)驟然增大。
1908年貝納德(Benar )指出了圓柱體后方尾流的周期性與旋渦的形成和排列有關(guān)。
1912年，德國(guó)物理學(xué)家馮·卡曼(Von．Kallnan)在進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)觀(guān)察的基礎(chǔ)上，研究了渦街的穩(wěn)定性，并發(fā)表了關(guān)于無(wú)限大均勻流場(chǎng)中渦街穩(wěn)定條件的論文。從數(shù)學(xué)上證明了圓柱體下游形成渦街的穩(wěn)定條件?？倪@一結(jié)論為渦街流量計(jì)的發(fā)展與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
然而，人們?cè)缙趯?duì)渦街現(xiàn)象研究的主要目的卻是為了防災(zāi)。
隨著工業(yè)發(fā)展，特別是航空工業(yè)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了渦街形成對(duì)生產(chǎn)和建筑設(shè)施的破壞作用，例如高層建筑物、橋梁、塔架、港口設(shè)施、船舶桅桿、纜繩、鉆井平臺(tái)支架等，在大風(fēng)浪中遭破壞；鍋爐排管、熱交換器中的匯管、管道中的測(cè)溫套管的損壞或折斷都與渦街形成有關(guān)。因此，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，學(xué)者們都在觀(guān)察和研究渦街形成的規(guī)律性，探索渦街產(chǎn)生破壞作用的原因，尋找防止這種破壞作用的方法。
20世紀(jì)中期，就有學(xué)者聲稱(chēng)：人類(lèi)與旋渦危害作用的斗爭(zhēng)已持續(xù)了近半個(gè)世紀(jì)。
事物總是存在著兩面性，當(dāng)一些人在研究防止渦街破壞作用的時(shí)候，也有另一些人則在探討如何利用渦街現(xiàn)象和原理做些有益的工作，應(yīng)用卡曼渦街測(cè)量流體流速的設(shè)想就是其中之一。這種設(shè)想最先見(jiàn)于1935年的美國(guó)。到20世紀(jì)50年代，美國(guó)科學(xué)家羅什科(Roshko)提出了應(yīng)用卡曼渦街測(cè)量風(fēng)速的可能性，并進(jìn)行了有關(guān)試驗(yàn)。1960年，在日本志波號(hào)船上，進(jìn)行了應(yīng)用卡曼渦街原理測(cè)量船速的試驗(yàn)。
以上各項(xiàng)試驗(yàn)研究工作，均是在無(wú)限大的兩維均勻流場(chǎng)條件下進(jìn)行的。在三維的管流流場(chǎng)中，進(jìn)行渦街測(cè)量流量的研究工作則要推遲到20世紀(jì)60年代中期。在這期間，日本、美國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)的科學(xué)家相繼開(kāi)展了渦街流量計(jì)的研究和開(kāi)發(fā)工作。
1967年日本學(xué)者土屋喜一和山崎弘郎研究應(yīng)用渦街原理測(cè)量圓管流量時(shí)，就在圓管中垂直地放置一圓柱體，在圓柱體下游設(shè)置了可繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬小旗。流體流動(dòng)時(shí)，渦街的作用使小旗左右擺動(dòng)，以此檢測(cè)旋渦信號(hào)，進(jìn)行流量測(cè)量試驗(yàn)。
1969年山崎弘郎等人研究成功熱絲檢測(cè)法渦街流量計(jì)。采用的旋渦發(fā)生體(以下簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)生體)為圓柱體。這一成果最終由橫河電機(jī)制作所推出商品化渦街流量計(jì)。幾乎同時(shí)，美國(guó)East-ech公司研制成功熱敏電阻檢測(cè)法渦街流量計(jì)，這種流量計(jì)采用三角柱發(fā)生體，后來(lái)被日本OVAL公司引進(jìn)。
這兩種儀表，成為渦街流量計(jì)的先導(dǎo)，在鋼鐵、石油、化工等行業(yè)獲得應(yīng)用。其特點(diǎn)引起各方面的關(guān)注，也向世人預(yù)示出渦街流量計(jì)光明的未來(lái)。
70年代是渦街流量計(jì)進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期，各種新型的檢測(cè)方法和新產(chǎn)品紛紛問(wèn)世，讓人目不暇接。70年代各國(guó)儀表公司推出的渦街流量計(jì)新產(chǎn)品大致有：
◆(美)西屋公司(WestingHouse)應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)推出超聲式渦街流量計(jì)；
◆(日)北辰電機(jī)廠(chǎng)應(yīng)用應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)成功應(yīng)變式渦街流量計(jì)；
◆(美)伊斯特克公司(Eastech)推出第二種渦街流量計(jì)，即應(yīng)用磁電檢測(cè)技術(shù)的振動(dòng)體式渦街流量計(jì)間世；
◆(英)肯特(Kent)公司采用電容檢測(cè)技術(shù)和矩型發(fā)生體，向用戶(hù)提供了電容式渦街流量計(jì)；
◆(美)Ficher＆Porter公司應(yīng)用應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)，把增強(qiáng)型應(yīng)變式渦街流量計(jì)奉獻(xiàn)給用戶(hù)；
◆(美)Foxboro公司采用壓電檢測(cè)技術(shù)和用T形發(fā)生體，把用壓電元件加膜片作為檢測(cè)元件的渦街流量計(jì)推向市場(chǎng)子
◆(日)橫河經(jīng)過(guò)近10年潛心研制，用壓電檢測(cè)技術(shù)和梯型發(fā)生體，繼熱絲式渦街流量計(jì)后，推出該公司的第二種渦街流量計(jì)產(chǎn)品一應(yīng)力式渦街流量計(jì)。
進(jìn)入80年代，渦街流量計(jì)的發(fā)展強(qiáng)勢(shì)如初，新產(chǎn)品繼續(xù)推出，老產(chǎn)品不斷改進(jìn)提高。
◆(美)Fishercont功1島公司研制出雙發(fā)生體應(yīng)力式渦街流量計(jì)；
◆(瑞士)E＋H公司和(英)肯特公司應(yīng)用壓電檢測(cè)技術(shù)，分別開(kāi)發(fā)成功檢測(cè)元件內(nèi)插式和檢測(cè)元件后置式的渦街流量計(jì)；
◆(美)Rcher誣巧ner公司開(kāi)成功發(fā)雙發(fā)生體和雙檢測(cè)元件應(yīng)力式渦街流量計(jì)，并首先在安裝使用書(shū)中向客戶(hù)提供干標(biāo)定技術(shù)指標(biāo)；
◆(日)東京計(jì)裝誅式會(huì)社開(kāi)發(fā)成功光電式渦街流量計(jì)；到80年代后期，美、歐和日本等國(guó)已分別有10家左右企業(yè)生產(chǎn)各種渦街流量計(jì)產(chǎn)品，據(jù)有關(guān)資料介紹，1987年世界渦街流量計(jì)的產(chǎn)量接近四萬(wàn)臺(tái)。
渦街流量計(jì)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑就是產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化工作受到各國(guó)的重視。
美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家先后制定、頒布了本國(guó)的渦街流量計(jì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
◆1987年美國(guó)把機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；
◆1989年日本頒布了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS28766-1989；
◆德國(guó)也頒布了渦街流量計(jì)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
◆在各主要國(guó)家頒布了標(biāo)準(zhǔn)后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)著手制定渦街流量計(jì)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并于1993年以標(biāo)準(zhǔn)草案(ISO／CD 12764)的形式發(fā)布。這些都標(biāo)志渦街流量計(jì)的開(kāi)發(fā)、制造和應(yīng)用進(jìn)入了規(guī)范化時(shí)代。
90年代以來(lái)，渦街流量計(jì)的發(fā)展，主要在以下幾方面取得顯著進(jìn)步：
◆技術(shù)基礎(chǔ)性工作向更深層次發(fā)展。
在日本，開(kāi)展渦街流量計(jì)干標(biāo)定的研究試驗(yàn)工作，并深入進(jìn)行取得成果。為體現(xiàn)這方面的成功，他們對(duì)1989年版工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂、增補(bǔ)，增加了標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生體及各部分尺寸對(duì)斯特勞哈爾數(shù)影響靈敏度方面的內(nèi)容和渦街流量計(jì)安裝影響方面的內(nèi)容。這就是JISz8766：2的新版本。
◆信號(hào)處理技術(shù)方面向數(shù)字化方向發(fā)展。
從常規(guī)的有源濾波器的應(yīng)用，向跟蹤濾波、自適應(yīng)濾波和數(shù)字頻譜分析應(yīng)用方向發(fā)展，提高了渦街流量計(jì)的精度、抗干擾能力和測(cè)量范圍。
◆向一體化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)方向發(fā)展。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)被引入渦街流量計(jì)領(lǐng)域中，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能型渦街流量計(jì)，將成為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)(FCS)中的重要儀表之一。
國(guó)內(nèi)外都開(kāi)展質(zhì)量型渦街流量計(jì)的研究開(kāi)發(fā)。渦街流量計(jì)測(cè)量質(zhì)量流量從間接式質(zhì)量流量計(jì)向直接式質(zhì)量流量計(jì)發(fā)展。
渦街流量計(jì)國(guó)內(nèi)發(fā)展史
在我國(guó)，渦街流量計(jì)的發(fā)展也另人矚目。
70年代初期，重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、北京公用事業(yè)研究所投入渦街流量計(jì)的研究開(kāi)發(fā)。后來(lái)銀河儀表廠(chǎng)、開(kāi)封儀表廠(chǎng)也參與了這方面工作。
70年代中期，天津市工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、冶金部自動(dòng)化研究所等也相繼投了渦街流量計(jì)的研究開(kāi)發(fā)工作。
至1970年，國(guó)內(nèi)先后開(kāi)發(fā)成功熱敏式(包括熱絲檢測(cè)法和熱敏電阻檢測(cè)法)、超聲式渦街流量計(jì)。
兩年后，又相繼推出了應(yīng)力式渦街流量計(jì)，隨后應(yīng)變式和振動(dòng)體式渦街流量計(jì)接踵而來(lái)。
整個(gè)70年代，是我國(guó)渦街流量計(jì)發(fā)展勢(shì)頭旺盛的時(shí)期，應(yīng)力式渦街流量計(jì)成為熱點(diǎn)，據(jù)1987年一次會(huì)議上統(tǒng)計(jì)；全國(guó)從事渦街流量計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)已有20余家。
70年代中期以后，我國(guó)渦街流量計(jì)發(fā)展的另一重要方面就是國(guó)外技術(shù)的引進(jìn)。
部分有條件的企業(yè)陸續(xù)引進(jìn)了日本橫河、美國(guó)Eastech、瑞士E＋H、日本OVAL等公司的應(yīng)力式、熱敏式、振動(dòng)體(圓盤(pán))式和差動(dòng)開(kāi)關(guān)電容式渦街流量計(jì)的成熟產(chǎn)品。
與此同時(shí)，國(guó)家也投人部分資金支持企、事業(yè)單位開(kāi)發(fā)渦街流量計(jì)新產(chǎn)品。
重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所承擔(dān)了特殊化工介質(zhì)用的防腐型渦街流量計(jì)和質(zhì)量型渦街流量計(jì)的研究開(kāi)發(fā)；
北京公用事業(yè)研究所事另一種質(zhì)量型渦街流量計(jì)的開(kāi)發(fā)；
冶金部長(zhǎng)沙礦山研究院從事了雙發(fā)生體應(yīng)力式渦街流量計(jì)開(kāi)發(fā)；
上海計(jì)量測(cè)試研究所開(kāi)發(fā)了耐高溫應(yīng)力式渦街流量計(jì)的檢測(cè)元件等；
這些研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都取得了高水平成果。國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)，對(duì)渦街流量計(jì)也情有獨(dú)鐘，通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開(kāi)發(fā)的形式，加人渦街流量計(jì)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)行列。
據(jù)1992年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)渦街流量計(jì)的企業(yè)和事業(yè)單位就達(dá)30多家，年產(chǎn)量達(dá)到8000-9000臺(tái)。
80年代中期，渦街流量計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)工作也深入開(kāi)展。1987年由上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院牽頭，國(guó)內(nèi)十多家單位參加，開(kāi)始制訂渦街流量傳感器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程。標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程于1989年頒布，對(duì)規(guī)范我國(guó)渦街流量計(jì)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用發(fā)揮了作用。
渦街流量計(jì)的干標(biāo)定技術(shù)曾受到各方面的關(guān)注。從80年代初期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的一些專(zhuān)家學(xué)者在分析了渦街流量計(jì)的特點(diǎn)后就意識(shí)到渦街流量計(jì)干標(biāo)定的可能性。80年代中期他們結(jié)合節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程，提出了渦街流量計(jì)干標(biāo)定的設(shè)想，并在全國(guó)流量行業(yè)發(fā)展規(guī)劃會(huì)議上提出建議。國(guó)家采納了專(zhuān)家們的建議，把該項(xiàng)工作列人國(guó)家“七五”科技攻關(guān)計(jì)劃中，由重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所牽頭，承擔(dān)了渦街流量計(jì)干標(biāo)定試驗(yàn)研究工作。幾年中，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究取得階段性成果。
90年代中期以后，我國(guó)渦街流量計(jì)的發(fā)展向一體化、多參數(shù)檢測(cè)、智能化方向發(fā)展，并取得不俗成績(jī)，不少企業(yè)推出了智能化產(chǎn)品。
任何事物的發(fā)展，都不可能是一帆風(fēng)順的，渦街流量計(jì)的發(fā)展也是一樣。經(jīng)過(guò)80年代中、后期發(fā)展的一片艷陽(yáng)天之后，從90年代初期開(kāi)始，渦街流量計(jì)的發(fā)展放慢了步伐。由于對(duì)這種新型儀表的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、選型、應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)不足，面對(duì)各行各業(yè)千差萬(wàn)別的現(xiàn)場(chǎng)和測(cè)量對(duì)象，有些問(wèn)題逐步暴露出來(lái)。例如適用對(duì)象與測(cè)量范圍問(wèn)題、量程與測(cè)量管徑的選擇問(wèn)題、安裝影響問(wèn)題、應(yīng)力式渦街流量計(jì)抗現(xiàn)場(chǎng)干擾(包括管道振動(dòng)和電磁干擾)問(wèn)題、檢測(cè)元件的耐高溫問(wèn)題、渦街流量計(jì)變送器與自控系統(tǒng)的適配間題，還有產(chǎn)品制造質(zhì)量問(wèn)題、產(chǎn)品出廠(chǎng)標(biāo)定問(wèn)題等等。這些問(wèn)題導(dǎo)致渦街流量計(jì)在部分現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不能取得滿(mǎn)意的效果，用戶(hù)有意見(jiàn)，設(shè)計(jì)單位有苦衷，生產(chǎn)企業(yè)疲于應(yīng)急。
這些問(wèn)題引發(fā)了一些專(zhuān)家對(duì)設(shè)計(jì)、選用渦街流量計(jì)的反思，并發(fā)出設(shè)計(jì)和選用渦街流量計(jì)要慎重的呼吁。一段時(shí)間里，包括進(jìn)口儀表在內(nèi)，設(shè)計(jì)院和用戶(hù)都心有余悸，“渦街熱”開(kāi)始降溫，渦街流量計(jì)出現(xiàn)了低潮。
渦街流量計(jì)出現(xiàn)這種局面并不是壞事，是事物發(fā)展曲折性的具體表現(xiàn)。這種局面的出現(xiàn)，可讓開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)的有關(guān)人員都引起重視。開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)單位還應(yīng)潛心研究，解決渦街流量計(jì)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)、提高產(chǎn)品的性能和制造質(zhì)量，產(chǎn)品的宣傳應(yīng)更加客觀(guān)；這種局面的出現(xiàn)，提醒了設(shè)計(jì)單位和用戶(hù)在產(chǎn)品的選型和應(yīng)用方面更加謹(jǐn)慎，加強(qiáng)與生產(chǎn)廠(chǎng)家的溝通與合作；這種局面的出現(xiàn)，也引起了產(chǎn)品格局的演變，部分技術(shù)力量薄弱、生產(chǎn)設(shè)備和測(cè)試條件不足，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量，不能為用戶(hù)提供服務(wù)的企業(yè)，逐步被市場(chǎng)淘汰。
跨入21世紀(jì)，經(jīng)歷了風(fēng)雨洗禮的渦街流量計(jì)已逐步走出了低谷，走上了平穩(wěn)發(fā)展的道路。
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，渦街流量計(jì)在各領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴(kuò)大。隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高，設(shè)計(jì)、選型、安裝、使用的規(guī)范化，售前、后服務(wù)的加強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)故障率的下降，用戶(hù)的滿(mǎn)意度有所提高，信心有所恢復(fù)。
20世紀(jì)90年代中后期，我們也看到不少渦街流量計(jì)在企業(yè)應(yīng)用取得成功的報(bào)道和論文。這些文章從不同的方面對(duì)孔板流量計(jì)與渦街流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為渦街流量計(jì)是一種值得推廣的有廣闊發(fā)展前景的流量?jī)x表。
90年代后期以來(lái)，智能渦街流量計(jì)投入市場(chǎng)。它克服了常規(guī)型渦街流量計(jì)的不足，而渦街流量計(jì)的固有優(yōu)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)揮，使渦街流量計(jì)的性能、功能、質(zhì)量上了一個(gè)新臺(tái)階。
據(jù)有關(guān)專(zhuān)家提供的信息，到2004年初，我國(guó)智能渦街流量計(jì)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)又出現(xiàn)了新局面，生產(chǎn)企業(yè)已超過(guò)200家，年產(chǎn)量超過(guò)3萬(wàn)臺(tái)。有的省(市)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)渦街流量計(jì)產(chǎn)品的企業(yè)就有20余家。
相信，在開(kāi)發(fā)、制造、應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)共有努力下，在方方面面的關(guān)心、呵護(hù)和支持下，渦街流量計(jì)定會(huì)發(fā)展、壯大，成為流量?jī)x表大家庭中的重要成員。
相關(guān)閱讀
我國(guó)傳感器行業(yè)20世紀(jì)90年代的發(fā)展
馬中元憶我國(guó)電磁流量計(jì)技術(shù)引進(jìn)往事
