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渦街流量計在現(xiàn)場的應用 流量計技術指標

時間：2020-07-30    來源：儀多多儀器網    作者：儀多多商城     
在特定的流動條件下，一部分流體動能會轉化為流體振動，其振動頻率與流速（流量）有確定的比例關系，依據(jù)這種原理工作的流量計稱為流體振動流量計。目前流體振動流量計有三類：渦街流量計、旋進（旋渦進動）流量計和射流流量計。渦街流量計具有以下一些特點：

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實際體積流量成正比，不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；
②測量范圍寬，一般范圍度可達10：1以上；
③精確度為中上水平；
④無可動部件，可靠性高；
⑤結構簡單牢固，安裝方便，維護費較低；
⑥應用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸汽。

渦街流量計的工作原理

在流體中設置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側交替地產生有規(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)生體下游非對稱地排列。根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關系式：f=SrU1/d=SrU/md

式中，m為旋渦發(fā)生體兩側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)生體兩側平均流速；Sr為斯特勞哈爾數(shù)；U為被測介質流的平均速度。


圖1 卡曼渦街

管道內體積流量qv為：

式中， K為流量計的儀表系數(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外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關。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，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)的關系圖。由圖2可見，在ReD=2×104～7×106的范圍內，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時，渦街流量計的流量計算式為：

式中，qVn、qV分別為標準狀態(tài)下（0℃或20℃，101.325kPa）和工況下的體積流量； Pn、P分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力；Tn、T分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學溫度；Zn、Z分別為標準狀態(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)關系曲線

由式（4）可見，渦街流量計輸出的脈沖頻率信號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)范圍內僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關。但是在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量，這時流量計應同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分就會對流量計量產生直接影響。

渦街流量計由傳感器和轉換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、DAC、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來智能式流量計還把微處理器、顯示通信及其他功能模塊裝在轉換器內。


圖3 渦街流量計

在現(xiàn)場中的應用

渦街流量計合用的流體比較普遍，但不合用于測量低雷諾數(shù)(ReD≤2×104)流體。低雷諾數(shù)時，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，還關于流體的臟污性質有要求。含固體微粒的流體對旋渦發(fā)作體的沖刷會發(fā)生噪聲，對旋渦發(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，將改動儀表系數(shù)。渦街流量計在混相流體中的使用如下：

① 可以用于含渙散、平均的細小氣泡，但容積含氣率應小于7%~10%的氣、液兩相流，若容積含氣率超出2%，應對儀表系數(shù)進行批改。

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。

脈動流和扭轉流將對渦街流量計發(fā)生嚴峻影響。假如脈動頻率與渦街頻率吻合，將能夠惹起諧振，毀壞正常任務和設備，使渦街旌旗燈號發(fā)生“鎖定(1ock-in)”景象，這時旌旗燈號固定于某一頻率?！版i定”與脈動幅值、旋渦發(fā)作體外形及梗塞比等有關。

渦街流量計的準確度關于液體大致為士(0.5%~±2%)R，關于氣體為士(1%~±2%)R，反復性普通為0.2%~0.5%。因為渦街流量計的儀表系數(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的長處，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]。渦街流量計的正常流量可以在正常測量局限的1/2~2/3處。

渦街流量計的最大長處是儀表系數(shù)不受測量介質物性的影響，可以用一種典型的介質進行校驗而使用于其他介質，為處理校驗設備問題供應了便當。但因為液、氣的流速局限差異很大，招致頻率局限差異亦很大。在處置渦街旌旗燈號的擴大器電路中，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)不克不及用于測量分歧的介質。介質改動后，電路參數(shù)亦應隨之改動。

另外，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時產生的信號強度與密度成正比，因此信號強度差別亦很大。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），隨著介質壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍不同，信號強度亦不同，電路參數(shù)同樣要改變。因此，一臺渦街流量計不經硬件或軟件修改，改變使用介質或改變儀表口徑是不可行的。

2 安裝注意事項

渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計，因此，對現(xiàn)場管道安裝條件應充分重視，嚴格遵照使用說明書執(zhí)行。

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


圖4 測量含液體和含氣液體的流量儀表安裝

渦街流量計必須保證上、下游直管段有必要的長度（見圖5）。


圖5 渦街流量計對上、下游直管段長度的要求

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

傳感器與管道的連接如圖6所示，在與管道連接時要注意以下問題。


圖6 傳感器與管道的連接

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


圖7 旁通管道示意圖

⑤ 減小振動對渦街流量計的影響應該作為渦街流量計現(xiàn)場安裝的一個突出問題來關注。首先，在選擇傳感器安裝場所時盡量注意避開振動源；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。

電氣安裝應注意傳感器與轉換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應超過使用說明書的規(guī)定。布線時應遠離強功率電源線，盡量用單獨金屬套管保護。應遵循“一點接地”原則，接地電阻應小于10Ω。整體型和分離型都應在傳感器側接地，轉換器外殼接地點應與傳感器“同地”。

3 現(xiàn)場常見故障現(xiàn)象、原因及排除方法

渦街流量計有多種檢測方式，傳感器和測量電路差別也較大，但渦街流量計常見的故障有共性。
結語

在眾多的流量計中，渦街流量計的購置費低于質量式、電磁式、容積式等類型，而安裝、運行、維護費低于節(jié)流式、容積式、渦輪式等類型，是一種經濟性較好、比較實用的流量計。渦街流量計結構簡單牢固，安裝維護方便，尤其適用于冶煉廠、化工廠、輸油管道等工業(yè)現(xiàn)場的使用。



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

    1、被測介質發(fā)生變化。解決方法：改變測量方式。

    2、被測介質由于溫度過高產生氣化。解決方法：降溫

    3、被測介質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：遠離干擾源

    6、計算機內數(shù)據(jù)丟失。解決方法：重新輸入各項正確的參數(shù)

    7、計算機死機。解決方法：重新啟動計算機







    處于長期穩(wěn)定運行的渦街流量計，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、檢側元件和電子元件的失效
    經過長時期運行，有些電子元器件可能到達壽命期而失效，導致儀表出現(xiàn)故障。
    2、介質中臟污物的損害
    經長期工作，流體內的臟物在測量管內壁、發(fā)生體表面和儀表轉換器內壁發(fā)生體表面和檢測元件表面的附著沉積改變了測量管和發(fā)生體的幾何尺寸參數(shù)，儀表的測量誤差增大，降低了檢測元件的靈敏度，信號幅值減小，進而引起檢測元件的失效。
    3、雷擊損害
    現(xiàn)場儀表在雷雨季節(jié)受到雷擊而損壞是常見的故障。雷擊在傳輸線路中會感應產生瞬時高壓尖脈沖和強大的浪涌電流擊穿或燒毀轉換器內的電子元器件，這種雷擊主要是通過電源線和信號線引人。
    4、環(huán)境方面原因
    環(huán)境中的腐蝕性氣體、潮氣的長期侵蝕會引起檢測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，傳輸信號被衰減。







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