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智能渦街流量計(jì)的原理及故障排除 智能渦街流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間：2020-07-30    來(lái)源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
智能渦街流量計(jì)工作原理與結(jié)構(gòu)

1. 工作原理

在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱(chēng)地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)來(lái)流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式

f=SrU1/d=SrU/md （1）

式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；
Sr--斯特勞哈爾數(shù)；
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

管道內(nèi)體積流量qv為

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)

式中 K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無(wú)量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見(jiàn)，在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測(cè)量氣體流量時(shí)，VSF的流量計(jì)算式為


圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)

式中 qVn，qV--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；
Pn，P--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對(duì)壓力，Pa；
Tn，T--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn，Z--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

由上式可見(jiàn)，VSF輸出的脈沖頻率信號(hào)不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測(cè)質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信號(hào)應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)體積流量和流體密度，流體物性和組分對(duì)流量計(jì)量還是有直接影響的。

2. 結(jié)構(gòu)

VSF由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測(cè)元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。近年來(lái)智能式流量計(jì)還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。


圖3 渦街流量計(jì)

（1）旋渦發(fā)生體

旋渦發(fā)生體是檢測(cè)器的主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、線(xiàn)性度、范圍度等）和阻力特性（壓力損失）密切相關(guān)，對(duì)它的要求如下。

1） 能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線(xiàn)方向上同步分離；
2） 在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)；
3） 能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信號(hào)的信噪比高；
4） 形狀和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種檢測(cè)元件的安裝和組合；
5） 材質(zhì)應(yīng)滿(mǎn)足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化；
6） 固有頻率在渦街信號(hào)的頻帶外。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類(lèi)，如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應(yīng)用廣泛的一種，如圖5所示。圖中D為儀表口徑。為提高渦街強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過(guò)它的應(yīng)用并不普遍。

⑵智能渦街流量計(jì) 檢測(cè)元件

流量計(jì)檢測(cè)旋渦信號(hào)有5種方式。

1） 用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測(cè)元件直接檢測(cè)發(fā)生體兩側(cè)差壓；
2） 旋渦發(fā)生體上開(kāi)設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓孔中安裝檢測(cè)元件檢測(cè)發(fā)生體兩側(cè)差壓；
3） 檢測(cè)旋渦發(fā)生體周?chē)蛔儹h(huán)流；
4） 檢測(cè)旋渦發(fā)生體背面交變差壓；
5） 檢測(cè)尾流中旋渦列。

根據(jù)這5種檢測(cè)方式，采用不同的檢測(cè)技術(shù)（熱敏、超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構(gòu)成不同類(lèi)型的VSF，如表1所示。

表1 旋渦發(fā)生體和檢測(cè)方式一覽表

⑶ 轉(zhuǎn)換器

檢測(cè)元件把渦街信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)既微弱又含有不同成分的噪聲，必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號(hào)。

轉(zhuǎn)換器原理框圖如圖6所示。


圖6 轉(zhuǎn)換器原理框圖

⑷ 儀表表體

儀表表體可分為夾持型和法蘭型，如圖7所示。

智能渦街流量計(jì)主要存在的問(wèn)題 主要有：①指示長(zhǎng)期不準(zhǔn)；②始終無(wú)指示；③指示大范圍波動(dòng)，無(wú)法讀數(shù)；④指示不回零；⑤小流量時(shí)無(wú)指示；⑧大流量時(shí)指示還可以，小流量時(shí)指示不準(zhǔn)；⑦流量變化時(shí)指示變化跟不上；⑧儀表K系數(shù)無(wú)法確定，多處資料均不一致。

分析及解決方法

總結(jié)引起這些問(wèn)題的主要原因，主要涉及到以下方面：

1、選型方面的問(wèn)題。有些渦街傳感器在口徑選型上或者在設(shè)計(jì)選型之后由于工藝條件變動(dòng)，使得選擇大了―個(gè)規(guī)格，實(shí)際選型應(yīng)選擇盡可能小的口徑，以提高測(cè)量精度，這方面的原因主要同問(wèn)題①、③、⑥有關(guān)。比如，一條渦街管線(xiàn)設(shè)計(jì)上供幾個(gè)設(shè)備使用，由于工藝部分設(shè)備有時(shí)候不使用，造成目前實(shí)際使用流量減小，實(shí)際使用造成原設(shè)計(jì)選型口徑過(guò)大，相當(dāng)于提高了可測(cè)的流量下限，工藝管道小流量時(shí)指示無(wú)法保證，流量大時(shí)還可以使用，因?yàn)槿绻匦赂脑煊袝r(shí)候難度太大．工藝條件的變動(dòng)只是臨時(shí)的?？山Y(jié)合參數(shù)的重新整定以提高指示準(zhǔn)確度。

2、安裝方面的問(wèn)題。主要是傳感器前面的直管段長(zhǎng)度不夠，影響測(cè)量精度，這方面的原因主要同問(wèn)題①有關(guān)。比如：傳感器前面直管段明顯不足，由于FIC203不用于計(jì)量，僅僅用于控制，故目前的精度可以使用相當(dāng)于降級(jí)使用。

3、參數(shù)整定方向的原因。由于參數(shù)錯(cuò)誤，導(dǎo)致儀表指示有誤．參數(shù)錯(cuò)誤使得二次儀表滿(mǎn)度頻率計(jì)算錯(cuò)誤，這方面的原因主要同問(wèn)題①、③有關(guān)。滿(mǎn)度頻率相差不多的使得指示長(zhǎng)期不準(zhǔn)，實(shí)際滿(mǎn)度頻率大干計(jì)算的滿(mǎn)度頻率的使得指示大范圍波動(dòng)，無(wú)法讀數(shù)，而資料上參數(shù)的不一致性又影響了參數(shù)的最終確定，最終通過(guò)重新標(biāo)定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問(wèn)題。

4、二次儀表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線(xiàn)之處，量程設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，使得無(wú)法確定量程設(shè)定以及K系數(shù)設(shè)定，這部分原因主要向問(wèn)題①、②有關(guān)。通過(guò)修復(fù)相應(yīng)的故障，問(wèn)題得以解決。

5、四路線(xiàn)路連接問(wèn)題。部分回路表面上看線(xiàn)路連接很好，仔細(xì)檢查，有的接頭實(shí)際已松動(dòng)造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線(xiàn)問(wèn)題緊固螺釘卻緊固在了線(xiàn)皮上，也使得回路中斷，這部分原因主要同問(wèn)題②有關(guān)。

6、二次儀表與后續(xù)儀表的連接問(wèn)題。由于后續(xù)儀表的問(wèn)題或者由于后續(xù)儀表的檢修，使得二次儀表的mA輸出回路中斷，對(duì)于這類(lèi)型的二次儀表來(lái)說(shuō)，這部分原因主要同問(wèn)題②有關(guān)。尤其是對(duì)于后續(xù)的記錄儀，在記錄儀長(zhǎng)期損壞無(wú)法修復(fù)的情況下，一定要注意短接二次儀表的輸出。

7、由于二次儀表平軸電纜故障造成回路始終無(wú)指示。由于長(zhǎng)期運(yùn)行，再加上受到灰塵的影響，造成平軸電纜故障，通過(guò)清洗或者更換平軸電線(xiàn)，問(wèn)題得以解決。

8、對(duì)于問(wèn)題⑦主要是由于二次儀表顯示表頭線(xiàn)圈固定螺絲松，造成表頭下沉，指針與表殼摩擦大，動(dòng)作不靈，通過(guò)調(diào)整表頭并重新固定，問(wèn)題相應(yīng)解決。

9、使用環(huán)境問(wèn)題。尤其是安裝在地井中的傳感器部分，由于環(huán)境濕度大，造成線(xiàn)路板受潮，這部分原因主要同問(wèn)題②、②有關(guān)。通過(guò)相應(yīng)的技改措施，對(duì)部分環(huán)境濕度大的傳感器重新作了把探頭部分與轉(zhuǎn)換部分分離處理，改用了分離型傳感器，故善了工作環(huán)境，日前這部分儀表運(yùn)行良好。

10、由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校不好，或者由于調(diào)校之后的實(shí)際情況的再變動(dòng)。由于現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)噪聲平衡調(diào)整以及靈敏度調(diào)整不好．或者由于調(diào)整之后運(yùn)行一段時(shí)間之后現(xiàn)場(chǎng)情況的再變動(dòng)，造成指示問(wèn)題、這部分原因主要同問(wèn)題④、⑤有關(guān)。使用示波器，加上結(jié)合工藝運(yùn)行情況，重新調(diào)整。
智能渦街流量計(jì)輸出信號(hào)不穩(wěn)定的原因

　　智能渦街流量計(jì)測(cè)量過(guò)程中輸出信號(hào)不穩(wěn)定和不規(guī)則的原因簡(jiǎn)單總結(jié)有以下幾種原因并備注解決方法，僅供相關(guān)人員參考：

　　1）有較強(qiáng)的電干擾信號(hào)

　　解決方法：檢查和加強(qiáng)屏蔽、接地措施

　　2）傳感器玷污或受潮，靈敏度降低

　　解決方法：清洗或者更換傳感器

　　3）傳感器受損或者引線(xiàn)接觸不良

　　解決方法：檢查傳感器和引線(xiàn)

　　4）出現(xiàn)兩相流或脈動(dòng)流

　　解決方法：加強(qiáng)工藝流程管理，消除兩相流或脈動(dòng)流

　　5）管道有震動(dòng)

　　解決方法：采取減震措施緩解管道震動(dòng)

　　6）工藝流不穩(wěn)定

　　解決方法：調(diào)整安裝位置

　　7）安裝不同心或者是密封墊突入管內(nèi)

　　解決方法：重新安裝，修整密封墊

　　8）上下游閥門(mén)擾動(dòng)

　　解決方法：加長(zhǎng)直管段或者加裝整流裝置

　　9）流體未充滿(mǎn)管道

　　解決方法：調(diào)整傳感器安裝位置或方式

　　10）管道內(nèi)有雜質(zhì)漩渦發(fā)生體有纏繞物

　　解決方法：檢查工藝流程，清除雜質(zhì)纏繞物

　　11）存在氣穴現(xiàn)象

　　解決方法：增加管道壓力，降低流體流速

標(biāo)簽: 智能渦街流量計(jì)
智能渦街流量計(jì) 智能渦街流量計(jì)輸出信號(hào)不穩(wěn)定的原因_智能渦街流量計(jì)
智能渦街流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)

　　智能渦街流量計(jì)其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。表內(nèi)的參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定，是一種比較先進(jìn)、理想的測(cè)量?jī)x器。主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。

　　1、選擇安裝地點(diǎn)的合理性。

　　避開(kāi)強(qiáng)電力設(shè)備，高頻設(shè)備，強(qiáng)電源開(kāi)關(guān)設(shè)備；避開(kāi)高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊懀荛_(kāi)強(qiáng)烈震動(dòng)場(chǎng)所和強(qiáng)腐蝕環(huán)境等，同時(shí)要考慮安裝維修方便。

　　2、必須有上下游足夠的直管段。

　　傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有二個(gè)90。彎頭，則：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D。

　　傳感器安裝點(diǎn)的上游在不同平面上有二個(gè)90。彎頭，則：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D。

　　調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在傳感器的下游5D以外處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游直管段應(yīng)不小于50D，下游應(yīng)有不小于5D。

　　3、管道采取減振動(dòng)措施的必要性。

　　傳感器盡量避免安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上，特別是橫向振動(dòng)。若不得已要安裝時(shí)，必須采取減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置，并加防振墊。

　　4、安裝是渦街流量計(jì)在水平管道上常用的安裝方式之一。

　　測(cè)量氣體流量時(shí)，若被測(cè)氣體中含有少量的液體，傳感器應(yīng)安裝在管線(xiàn)的較高處。

　　測(cè)量液體流量時(shí)，若被測(cè)液體中含有少量的氣體，傳感器應(yīng)安裝在管線(xiàn)的較低處。

　　安裝點(diǎn)上下游的配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。

　　5、垂直管道上傳感器的安裝方法。

　　測(cè)量氣體流量時(shí)，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測(cè)氣體中含有少量的液體，氣體流向應(yīng)由下向上。

　　測(cè)量液體流量時(shí)，液體流向應(yīng)由下向上：這樣不會(huì)將液體重量額外附加在探頭上。

　　6、選擇測(cè)壓點(diǎn)和測(cè)溫點(diǎn)。

　　根據(jù)測(cè)量的需要，需在傳感器附近測(cè)量壓力和溫度時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D

　　7、如何讓傳感器在水平管道上側(cè)裝。

　　無(wú)論測(cè)量何種流體，傳感器可以在水平管道上側(cè)裝，特別是測(cè)量過(guò)熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許可以采用側(cè)裝，這樣流體的溫度對(duì)放大器的影響較小。

　　8、在水平管道上倒裝傳感器的技巧。

　　一般情況下不推薦用此安裝方法。此安裝方法不適用于測(cè)量一般氣體、過(guò)熱蒸汽。可用于測(cè)量飽和蒸汽，適用于測(cè)量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。測(cè)量高溫蒸汽時(shí)，保溫層較多不能超過(guò)支架高度的三分之一。

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智能渦街流量計(jì) 智能渦街流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)_智能渦街流量計(jì)

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