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渦街流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用 流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間：2020-07-30    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為流體振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與流速（流量）有確定的比例關(guān)系，依據(jù)這種原理工作的流量計(jì)稱為流體振動(dòng)流量計(jì)。目前流體振動(dòng)流量計(jì)有三類：渦街流量計(jì)、旋進(jìn)（旋渦進(jìn)動(dòng)）流量計(jì)和射流流量計(jì)。渦街流量計(jì)具有以下一些特點(diǎn)：

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測(cè)流體的實(shí)際體積流量成正比，不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；
②測(cè)量范圍寬，一般范圍度可達(dá)10：1以上；
③精確度為中上水平；
④無可動(dòng)部件，可靠性高；
⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；
⑥應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸汽。

渦街流量計(jì)的工作原理

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，這種旋渦稱為卡曼渦街（見圖1），旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：f=SrU1/d=SrU/md

式中，m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；D為表體通徑；d為旋渦發(fā)生體迎面寬度；f為旋渦的發(fā)生頻率；U1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速；Sr為斯特勞哈爾數(shù)；U為被測(cè)介質(zhì)流的平均速度。


圖1 卡曼渦街

管道內(nèi)體積流量qv為：

式中， K為流量計(jì)的儀表系數(shù)，單位為脈沖數(shù)/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2可見，在ReD=2×104～7×106的范圍內(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)，渦街流量計(jì)的流量計(jì)算式為：

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


圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線

由式（4）可見，渦街流量計(jì)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)應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)體積流量和流體密度，流體物性和組分就會(huì)對(duì)流量計(jì)量產(chǎn)生直接影響。

渦街流量計(jì)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、DAC、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。近年來智能式流量計(jì)還把微處理器、顯示通信及其他功能模塊裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。


圖3 渦街流量計(jì)

在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用

渦街流量計(jì)合用的流體比較普遍，但不合用于測(cè)量低雷諾數(shù)(ReD≤2×104)流體。低雷諾數(shù)時(shí)，斯特勞哈爾數(shù)跟著雷諾數(shù)而變，儀表線性度變差，流體粘度高，明顯影響甚至障礙旋渦的發(fā)生，還關(guān)于流體的臟污性質(zhì)有要求。含固體微粒的流體對(duì)旋渦發(fā)作體的沖刷會(huì)發(fā)生噪聲，對(duì)旋渦發(fā)作體發(fā)生磨損。若含有的短纖維環(huán)繞在旋渦發(fā)作體上，將改動(dòng)儀表系數(shù)。渦街流量計(jì)在混相流體中的使用如下：

① 可以用于含渙散、平均的細(xì)小氣泡，但容積含氣率應(yīng)小于7%~10%的氣、液兩相流，若容積含氣率超出2%，應(yīng)對(duì)儀表系數(shù)進(jìn)行批改。

② 可以用于含渙散、平均的固體微粒，含量不大于2%的氣固、液固兩相流。

③ 可以用于互不消融的液液(如油和水)兩組分流等。

脈動(dòng)流和扭轉(zhuǎn)流將對(duì)渦街流量計(jì)發(fā)生嚴(yán)峻影響。假如脈動(dòng)頻率與渦街頻率吻合，將能夠惹起諧振，毀壞正常任務(wù)和設(shè)備，使渦街旌旗燈號(hào)發(fā)生“鎖定(1ock-in)”景象，這時(shí)旌旗燈號(hào)固定于某一頻率。“鎖定”與脈動(dòng)幅值、旋渦發(fā)作體外形及梗塞比等有關(guān)。

渦街流量計(jì)的準(zhǔn)確度關(guān)于液體大致為士(0.5%~±2%)R，關(guān)于氣體為士(1%~±2%)R，反復(fù)性普通為0.2%~0.5%。因?yàn)闇u街流量計(jì)的儀表系數(shù)較低，頻率分辯率低，口徑愈大，精度愈低，故儀表口徑不宜過大(DN300以下[4])。

局限度寬是渦街流量計(jì)的長(zhǎng)處，量程下限的流量數(shù)值更為主要。普通液體均勻流速下限為0.5m/S，氣體為4~5m/s[5]。渦街流量計(jì)的正常流量可以在正常測(cè)量局限的1/2~2/3處。

渦街流量計(jì)的最大長(zhǎng)處是儀表系數(shù)不受測(cè)量介質(zhì)物性的影響，可以用一種典型的介質(zhì)進(jìn)行校驗(yàn)而使用于其他介質(zhì)，為處理校驗(yàn)設(shè)備問題供應(yīng)了便當(dāng)。但因?yàn)橐骸獾牧魉倬窒薏町惡艽?，招致頻率局限差異亦很大。在處置渦街旌旗燈號(hào)的擴(kuò)大器電路中，濾波器的通帶分歧，電路參數(shù)亦分歧，因而，統(tǒng)一電路參數(shù)不克不及用于測(cè)量分歧的介質(zhì)。介質(zhì)改動(dòng)后，電路參數(shù)亦應(yīng)隨之改動(dòng)。

另外，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度與密度成正比，因此信號(hào)強(qiáng)度差別亦很大。液、氣放大器電路的增益、觸發(fā)靈敏度等皆不相同，壓電電荷差別大，電荷放大器的參數(shù)也不相同。即使同為氣體（或液體、蒸汽），隨著介質(zhì)壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍不同，信號(hào)強(qiáng)度亦不同，電路參數(shù)同樣要改變。因此，一臺(tái)渦街流量計(jì)不經(jīng)硬件或軟件修改，改變使用介質(zhì)或改變儀表口徑是不可行的。

2 安裝注意事項(xiàng)

渦街流量計(jì)屬于對(duì)管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計(jì)，因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道安裝條件應(yīng)充分重視，嚴(yán)格遵照使用說明書執(zhí)行。

渦街流量計(jì)可安裝在室內(nèi)或室外。如果安裝在地井里，為防止被水淹沒，應(yīng)選用涎水型傳感器。傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝，但測(cè)量液體和氣體時(shí)為防止氣泡和液滴的干擾，要注意安裝位置（見圖4）。


圖4 測(cè)量含液體和含氣液體的流量?jī)x表安裝

渦街流量計(jì)必須保證上、下游直管段有必要的長(zhǎng)度（見圖5）。


圖5 渦街流量計(jì)對(duì)上、下游直管段長(zhǎng)度的要求

在圖5中，a為一個(gè)90°彎頭，b 為同心擴(kuò)管，c為同心收縮全開閥門，d為不同平面兩個(gè)90°彎頭，e為調(diào)節(jié)閥半開閥門，f為同一平面兩個(gè)90°彎頭。

傳感器與管道的連接如圖6所示，在與管道連接時(shí)要注意以下問題。


圖6 傳感器與管道的連接

① 上、下游配管內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D’相同，其差異滿足下述條件：0.95D≤D’≤1.1D；
② 配管應(yīng)與傳感器同心，同軸度應(yīng)小于0.05D’；
③ 密封墊不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比傳感器內(nèi)徑大1～2mm；
④ 如需斷流檢查與清洗傳感器，應(yīng)設(shè)置旁通管道（見圖7）；


圖7 旁通管道示意圖

⑤ 減小振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)的影響應(yīng)該作為渦街流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝的一個(gè)突出問題來關(guān)注。首先，在選擇傳感器安裝場(chǎng)所時(shí)盡量注意避開振動(dòng)源；其次，采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮；第三，加裝管道支撐物是有效的減振方法。

電氣安裝應(yīng)注意傳感器與轉(zhuǎn)換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應(yīng)超過使用說明書的規(guī)定。布線時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，盡量用單獨(dú)金屬套管保護(hù)。應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”原則，接地電阻應(yīng)小于10Ω。整體型和分離型都應(yīng)在傳感器側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼接地點(diǎn)應(yīng)與傳感器“同地”。

3 現(xiàn)場(chǎng)常見故障現(xiàn)象、原因及排除方法

渦街流量計(jì)有多種檢測(cè)方式，傳感器和測(cè)量電路差別也較大，但渦街流量計(jì)常見的故障有共性。
結(jié)語

在眾多的流量計(jì)中，渦街流量計(jì)的購(gòu)置費(fèi)低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等類型，而安裝、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)低于節(jié)流式、容積式、渦輪式等類型，是一種經(jīng)濟(jì)性較好、比較實(shí)用的流量計(jì)。渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝維護(hù)方便，尤其適用于冶煉廠、化工廠、輸油管道等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用。



    超聲波流量計(jì)是利用低電壓，多脈沖發(fā)射接收原理，采用雙平衡信號(hào)差分發(fā)射接收技術(shù)，并選用國(guó)際較新先進(jìn)的大規(guī)模集成電路和SMD貼裝焊接工藝生產(chǎn)，大大提高了超聲波流量計(jì)的抗干擾性能及適應(yīng)性能，同時(shí)提高了整機(jī)可靠性能和一致性，該流量計(jì)分為手持式流量計(jì)、外夾式流量計(jì)、便攜式流量計(jì)、插入式流量計(jì)和管段式流量計(jì)等滿足客戶不同場(chǎng)合使用。超聲波流量計(jì)在正常工作下，突然超聲波流量計(jì)不再測(cè)量流量了，簡(jiǎn)單分析原因。

    1、被測(cè)介質(zhì)發(fā)生變化。解決方法：改變測(cè)量方式。

    2、被測(cè)介質(zhì)由于溫度過高產(chǎn)生氣化。解決方法：降溫

    3、被測(cè)介質(zhì)溫度超過傳感器的極限溫度。解決方法：降溫

    4、傳感器下面的耦合劑老化或消耗了。解決方法：重新涂耦合劑

    5、由于出現(xiàn)高頻干擾使儀表超過自身濾波值。解決方法：遠(yuǎn)離干擾源

    6、計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)丟失。解決方法：重新輸入各項(xiàng)正確的參數(shù)

    7、計(jì)算機(jī)死機(jī)。解決方法：重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)







    處于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的渦街流量計(jì)，在工作期間也可能出現(xiàn)故障，這類故障出現(xiàn)的原因有以下幾方面：
    1、檢側(cè)元件和電子元件的失效
    經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期運(yùn)行，有些電子元器件可能到達(dá)壽命期而失效，導(dǎo)致儀表出現(xiàn)故障。
    2、介質(zhì)中臟污物的損害
    經(jīng)長(zhǎng)期工作，流體內(nèi)的臟物在測(cè)量管內(nèi)壁、發(fā)生體表面和儀表轉(zhuǎn)換器內(nèi)壁發(fā)生體表面和檢測(cè)元件表面的附著沉積改變了測(cè)量管和發(fā)生體的幾何尺寸參數(shù)，儀表的測(cè)量誤差增大，降低了檢測(cè)元件的靈敏度，信號(hào)幅值減小，進(jìn)而引起檢測(cè)元件的失效。
    3、雷擊損害
    現(xiàn)場(chǎng)儀表在雷雨季節(jié)受到雷擊而損壞是常見的故障。雷擊在傳輸線路中會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓尖脈沖和強(qiáng)大的浪涌電流擊穿或燒毀轉(zhuǎn)換器內(nèi)的電子元器件，這種雷擊主要是通過電源線和信號(hào)線引人。
    4、環(huán)境方面原因
    環(huán)境中的腐蝕性氣體、潮氣的長(zhǎng)期侵蝕會(huì)引起檢測(cè)元件的絕緣電阻下降，以及部分電子元件、接線端子、接地端子的腐蝕，使接插件接觸電阻增大，傳輸信號(hào)被衰減。







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