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

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測量流體的實際體積流量成正比，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

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

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測量流體的實際體積流量成正比，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無可動部件，可靠性高

⑤結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護費用低；

⑥應(yīng)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(shè)置渦流發(fā)生器(阻力流體)，從渦流發(fā)生器的兩側(cè)交替產(chǎn)生規(guī)則的渦流，將該渦流稱為卡爾曼渦街(參照圖1 )，渦流排列在渦流發(fā)生器的下游不對稱。 根據(jù)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(cè)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(cè)的平均流速，Sr是斯特羅哈爾的數(shù)量，u是被測定介質(zhì)的流動的平均速度。

　　

圖1卡爾曼渦街

配管內(nèi)體積流量qv為

　　

(3)

　　

(4)

式中，k是流量計的儀表系數(shù)，單位是脈沖數(shù)/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(shù)有關(guān)。 斯特羅哈爾數(shù)是無量綱參數(shù)，與渦流發(fā)生器的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，圖2是圓柱狀渦流發(fā)生器的斯特羅哈爾數(shù)和管道噴嘴數(shù)的關(guān)系圖。 由圖2可知，ReD=2×時為104~7×； 在106的范圍內(nèi)，可將Sr視為常數(shù)，其為計量器的正常操作范圍。 測量氣體流量時，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(shù)。

　　

圖2斯特羅哈爾數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線

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(shù)在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)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測量質(zhì)量流量。 此時，流量計必須同時監(jiān)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(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)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(zhuǎn)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，智能式流量計還將微處理器、顯示器通信、其他功能模塊內(nèi)置于轉(zhuǎn)換器中。

　　

圖3渦流路流量計

現(xiàn)場應(yīng)用

1在現(xiàn)場的應(yīng)用

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

渦流道流量計在混相流體中的應(yīng)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2%時，請修正儀表系數(shù)。

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。

脈動流和旋流對渦流流流量計有嚴重影響。 脈動頻率與渦街的頻帶一致時會引起共振，破壞正常的工作和設(shè)備，使渦街的信號&ldquo； 鎖定( Lock-in)&rdquo； 現(xiàn)象是，此時信號被固定為某個頻率。 &ldquo； 洛克&rdquo； 與脈動振幅、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(xiàn)性通常為0.2%~0.5% . 渦流流量計的儀表系數(shù)低，頻率分辨率低，口徑越大精度越低，因此儀表口徑不要過大( DN300以下)。

范圍寬度是渦流流量計的特征，但重要的一點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的一個顯著優(yōu)點是儀表系數(shù)可以從一個典型的介質(zhì)推廣到另一個介質(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(shù)也不同，因此不能將相同的電路參數(shù)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(shù)也不同。 即使是相同的氣體(或液體、蒸汽)，根據(jù)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(shù)也不同。 因此，渦流流量計沒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(shè)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、流動脈動等敏感的流量計，因此，請充分重視現(xiàn)場的配管設(shè)置條件，嚴格遵循使用說明書。

渦街流量計可安裝在室內(nèi)或室外。 在地下井中安裝時，為了防止被水淹，應(yīng)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度(參照圖5 )。

　　

0

圖5渦流道流量計上下游直管段長度的要求

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

傳感器與配管的連接如圖6所示，與配管連接時請注意以下幾點。

　　

圖6傳感器與配管的連接

①上下游配管內(nèi)徑d和傳感器內(nèi)徑D&rsquo； 同樣，其差異滿足以下條件: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密封墊片無法向配管內(nèi)突出，其內(nèi)徑比傳感器內(nèi)徑大1~2mm

④需要切斷檢查和清洗傳感器時，請設(shè)置旁通配管(參照圖7 )

　　

圖7旁通配管圖

⑤減小振動對渦流流量計的影響，作為渦流流量計現(xiàn)場設(shè)置的一大問題值得關(guān)注。 首先，在選定傳感器的設(shè)置場所時，要注意避開振動源，然后用彈性軟管進行連接是小口徑的第三，后續(xù)安裝配管支撐物是有效的減振方法。

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

3現(xiàn)場常見故障現(xiàn)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(jié)語

在許多流量計中，渦流流量計的購買費用低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等類型，安裝、運行、維護費用低于節(jié)流式、容積式、渦輪式等類型，是一種經(jīng)濟實用的流量計。 渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單堅固，安裝維護方便，尤其適用于冶煉廠、化工廠、管線等工業(yè)廠房。

本文熱電偶高頻詞： 傳感器  安裝 

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