在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能被轉換成流體振動(dòng)，以其振動(dòng)頻率和流速(流量)有比例關(guān)系的原理工作的流量計被稱(chēng)為流體振動(dòng)流量計。 現在，流體振動(dòng)流量計有渦流路流量計、回轉(渦流動(dòng))流量計和噴射流量計3種。 渦街流量計具有以下特點(diǎn)

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測量流體的實(shí)際體積流量成正比，不受流體成分、密度、壓力、溫度的影響

②測量范圍廣，一般范圍度可達10:1以上；

③度為中等程度

在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能被轉換成流體振動(dòng)，以其振動(dòng)頻率和流速(流量)有比例關(guān)系的原理工作的流量計被稱(chēng)為流體振動(dòng)流量計。 現在，流體振動(dòng)流量計有渦流路流量計、回轉(渦流動(dòng))流量計和噴射流量計3種。 渦街流量計具有以下特點(diǎn)

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測量流體的實(shí)際體積流量成正比，不受流體成分、密度、壓力、溫度的影響

②測量范圍廣，一般范圍度可達10:1以上；

③度為中等程度

④無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高

⑤結構簡(jiǎn)單牢固，安裝方便，維護費用低；

⑥應用范圍廣，適用液體、氣體、蒸汽。

渦流道流量計的工作原理

在流體中設置渦流發(fā)生器(阻力流體)，從渦流發(fā)生器的兩側交替產(chǎn)生規則的渦流，將該渦流稱(chēng)為卡爾曼渦街(參照圖1 )，渦流排列在渦流發(fā)生器的下游不對稱(chēng)。 根據卡爾曼渦原理，有以下關(guān)系式

　　

(1)

　　

(2)

式中，m是渦流發(fā)生器兩側的弓形面積與管截面面積之比，d是身體的通徑，d是渦流發(fā)生器的正面寬度，f是渦流的發(fā)生頻度，U1是渦流發(fā)生器兩側的平均流速，Sr是斯特羅哈爾的數量，u是被測定介質(zhì)的流動(dòng)的平均速度。

　　

圖1卡爾曼渦街

配管內體積流量qv為

　　

(3)

　　

(4)

式中，k是流量計的儀表系數，單位是脈沖數/m3。

k除與渦流發(fā)生器、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特羅哈爾數有關(guān)。 斯特羅哈爾數是無(wú)量綱參數，與渦流發(fā)生器的形狀和雷諾數有關(guān)，圖2是圓柱狀渦流發(fā)生器的斯特羅哈爾數和管道噴嘴數的關(guān)系圖。 由圖2可知，ReD=2×時(shí)為104~7×； 在106的范圍內，可將Sr視為常數，其為計量器的正常操作范圍。 測量氣體流量時(shí)，渦街流量計的流量計公式

　　

(5)式中，qVn、qV分別為標準狀態(tài)( 0℃或20℃、101.325kPa )和情況下的體積流量Pn、p分別為標準狀態(tài)和情況下的壓力Tn、t分別為標準狀態(tài)和情況下的熱力學(xué)溫度Zn、z分別為標準狀態(tài)和情況下的氣體壓縮系數。

　　

圖2斯特羅哈爾數與雷諾數的關(guān)系曲線(xiàn)

由式(4)可知，從渦流流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和成分變化的影響，即儀表系數在一定的雷諾數范圍內只與渦流發(fā)生器和管道的形狀尺寸等有關(guān)。 但是必須用材料平衡和能量計量來(lái)測量質(zhì)量流量。 此時(shí)，流量計必須同時(shí)監測體積流量和流體密度。 流體物性和成分對流量計量有直接影響。

如圖3所示，渦流流量計由傳感器和轉換器兩部分構成。 傳感器包括渦流發(fā)生器(電阻流體)、檢測元件、儀表等的轉換器包括前置放大器、濾波器整形電路、DAC、輸出接口電路、端子、支架、屏蔽等。 近年來(lái)，智能式流量計還將微處理器、顯示器通信、其他功能模塊內置于轉換器中。

　　

圖3渦流路流量計

現場(chǎng)應用

1在現場(chǎng)的應用

應用于渦街流量計的流體相對較寬但具有較低雷諾數( ReD&le； 2×； 104 )流體。 這是因為，在雷諾數較低的情況下，光柵數與雷諾數相應地變化，儀表的線(xiàn)性變差。 同時(shí)，含有固體微粒子的流體沖洗渦流發(fā)生體時(shí)會(huì )產(chǎn)生噪音，其中所含的短纖維纏繞在渦流發(fā)生體上時(shí)儀表系數會(huì )發(fā)生變化。

渦流道流量計在混相流體中的應用如下

①可用于含有分散、均勻的微小氣泡，但容積氣體含有率為7 % ~不足10 %的氣體、液兩相流，容積氣體含有率超過(guò)2%時(shí)，請修正儀表系數。

②含有分散均勻的固體微粒，可用于含量在2%以下的氣固、液固二相流。

③可用于互不溶解的液體(如油和水)的兩組分流等。

脈動(dòng)流和旋流對渦流流流量計有嚴重影響。 脈動(dòng)頻率與渦街的頻帶一致時(shí)會(huì )引起共振，破壞正常的工作和設備，使渦街的信號&ldquo； 鎖定( Lock-in)&rdquo； 現象是，此時(shí)信號被固定為某個(gè)頻率。 &ldquo； 洛克&rdquo； 與脈動(dòng)振幅、渦流發(fā)生體的形狀、堵塞比等有關(guān)。

渦街流量計的度對液體基本±； 0.5%R~±； 2%R期間，對氣體±； l%R~±； 在2%R間，再現性通常為0.2%~0.5% . 渦流流量計的儀表系數低，頻率分辨率低，口徑越大精度越低，因此儀表口徑不要過(guò)大( DN300以下)。

范圍寬度是渦流流量計的特征，但重要的一點(diǎn)是范圍下限的流量值。 一般液體平均流速的下限為0.5m/s，氣體為4~5m/s . 渦流路流量計正常流量zui優(yōu)選為正常測量范圍的1/2~2/3處.

渦街流量計zui的一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)是儀表系數可以從一個(gè)典型的介質(zhì)推廣到另一個(gè)介質(zhì)而不受測量介質(zhì)的物理性能影響。 但是，由于液體、氣體的流速范圍大不相同，頻率范圍也大不相同。 在處理螺旋信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數也不同，因此不能將相同的電路參數用于不同介質(zhì)的測量。

另外，由于氣體與液體密度的差異較大，渦流分離時(shí)產(chǎn)生的信號強度與密度成正比，因此信號強度的差異也較大。 液晶、氣體放大器電路的增益、觸發(fā)靈敏度等不同，壓電電荷差異較大，電荷放大器的參數也不同。 即使是相同的氣體(或液體、蒸汽)，根據介質(zhì)的壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍也不同，信號強度也不同，回路參數也不同。 因此，渦流流量計沒(méi)有被硬件和軟件修正，不能改變使用介質(zhì)，也不能改變儀表的口徑。

2設置注意事項

渦流路流量計是對配管流速分布的變形、回旋流、流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計，因此，請充分重視現場(chǎng)的配管設置條件，嚴格遵循使用說(shuō)明書(shū)。

渦街流量計可安裝在室內或室外。 在地下井中安裝時(shí)，為了防止被水淹，應選擇唾液型傳感器。 傳感器可以水平、垂直或傾斜地安裝在配管上，但為了在測量液體和氣體時(shí)防止氣泡和液滴干涉，請注意安裝位置(參照圖4 )。

　　

圖4安裝測量含有液體和氣體的液體的流量計

渦流流流量計必須確保上下直管段所需的長(cháng)度(參照圖5 )。

　　

0

圖5渦流道流量計上下游直管段長(cháng)度的要求

在圖5中，a是90°； 彎管，b為同心擴管，c為同心收縮全開(kāi)閥，d為不同平面兩個(gè)90°； 彎管，e為調節閥半開(kāi)閥，f為同一平面上的兩個(gè)90°； 彎管接頭。

傳感器與配管的連接如圖6所示，與配管連接時(shí)請注意以下幾點(diǎn)。

　　

圖6傳感器與配管的連接

①上下游配管內徑d和傳感器內徑D&rsquo； 同樣，其差異滿(mǎn)足以下條件:0.95D&le； D&rsquo； &le； 1.1D；

②配管與傳感器同心，同軸度必須小于0.05D&rsquo

③密封墊片無(wú)法向配管內突出，其內徑比傳感器內徑大1~2mm

④需要切斷檢查和清洗傳感器時(shí)，請設置旁通配管(參照圖7 )

　　

圖7旁通配管圖

⑤減小振動(dòng)對渦流流量計的影響，作為渦流流量計現場(chǎng)設置的一大問(wèn)題值得關(guān)注。 首先，在選定傳感器的設置場(chǎng)所時(shí)，要注意避開(kāi)振動(dòng)源，然后用彈性軟管進(jìn)行連接是小口徑的第三，后續安裝配管支撐物是有效的減振方法。

電氣安裝時(shí)，請用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接傳感器與轉換器之間，注意其距離不要超過(guò)使用說(shuō)明書(shū)的規定。 請遠離強大的電源線(xiàn)進(jìn)行接線(xiàn)，盡量用單獨的金屬套管進(jìn)行保護。 &ldquo； 稍微接地&rdquo； 原則上，接地電阻應小于10&Omega。 一體型和分離型在傳感器側接地，轉換器外殼的接地點(diǎn)為傳感器&ldquo； 同地&rdquo； 的雙曲馀弦值。

3現場(chǎng)常見(jiàn)故障現象、原因及排除方法

渦流流量計有各種檢測方式，傳感器和測量電路的差異也很大，但渦流流量計常見(jiàn)的故障有共通性(參照表1 )。

　　

表1渦流道流量計的故障及其處理方法

結語(yǔ)

在許多流量計中，渦流流量計的購買(mǎi)費用低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等類(lèi)型，安裝、運行、維護費用低于節流式、容積式、渦輪式等類(lèi)型，是一種經(jīng)濟實(shí)用的流量計。 渦街流量計結構簡(jiǎn)單堅固，安裝維護方便，尤其適用于冶煉廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、管線(xiàn)等工業(yè)廠(chǎng)房。

本文熱電偶高頻詞： 傳感器  安裝 

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