智能渦街流量計原理與故障排除 發(fā)布時間：2017-07-10
智能渦街流量計工作原理與結(jié)構(gòu) 1. 工作原理 智能渦街流量計是在流體中設(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，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為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，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。當測量氣體流量時，VSF的流量計算式為 圖2 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線式中 qVn，qV--分別為標準狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h； Pn，P--分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa； Tn，T--分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學溫度，K； Zn，Z--分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。 由上式可見，VSF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(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計的輸出信號應(yīng)同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計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、支架和防護罩等。近年來智能式流量計還把微處理器、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 （1）旋渦發(fā)生體 旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、線性度、范圍度等）和阻力特性（壓力損失）密切相關(guān)，對它的要求如下。 1） 能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離； 2） 在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)； 3） 能產(chǎn)生強烈的渦街，信號的信噪比高； 4） 形狀和結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和幾何參數(shù)標準化，以及各種檢測元件的安裝和組合； 5） 材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(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的頻帶外。 已經(jīng)開發(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，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)用最廣泛的一種，如圖5所示。圖中D為儀表口徑。為提高渦街強度和穩(wěn)定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過它的應(yīng)用并不普遍。 ⑵智能渦街流量計檢測元件 流量計檢測旋渦信號有5種方式。 1） 用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓； 2） 旋渦發(fā)生體上開設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓； 3） 檢測旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流； 4） 檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓； 5） 檢測尾流中旋渦列。 根據(jù)這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)（熱敏、超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構(gòu)成不同類型的VSF，如表1所示。 表1 旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表 ⑶ 轉(zhuǎn)換器 檢測元件把渦街信號轉(zhuǎn)換成電信號，該信號既微弱又含有不同成分的噪聲，必須進行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。 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。 智能渦街流量計主要存在的問題 主要有：①指示長期不準；②始終無指示；③指示大范圍波動，無法讀數(shù)；④指示不回零；⑤小流量時無指示；⑧大流量時指示還可以，小流量時指示不準；⑦流量變化時指示變化跟不上；⑧儀表K系數(shù)無法確定，多處資料均不一致。 分析及解決方法 總結(jié)引起這些問題的主要原因，主要涉及到以下方面： 1、選型方面的問題。有些渦街傳感器在口徑選型上或者在設(shè)計選型之后由于工藝條件變動，使得選擇大了―個規(guī)格，實際選型應(yīng)選擇盡可能小的口徑，以提高測量精度，這方面的原因主要同問題①、③、⑥有關(guān)。比如，一條渦街管線設(shè)計上供幾個設(shè)備使用，由于工藝部分設(shè)備有時候不使用，造成目前實際使用流量減小，實際使用造成原設(shè)計選型口徑過大，相當于提高了可測的流量下限，工藝管道小流量時指示無法保證，流量大時還可以使用，因為如果要重新改造有時候難度太大．工藝條件的變動只是臨時的。可結(jié)合參數(shù)的重新整定以提高指示準確度。 2、安裝方面的問題。主要是傳感器前面的直管段長度不夠，影響測量精度，這方面的原因主要同問題①有關(guān)。比如：傳感器前面直管段明顯不足，由于FIC203不用于計量，僅僅用于控制，故目前的精度可以使用相當于降級使用。 3、參數(shù)整定方向的原因。由于參數(shù)錯誤，導(dǎo)致儀表指示有誤．參數(shù)錯誤使得二次儀表滿度頻率計算錯誤，這方面的原因主要同問題①、③有關(guān)。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準，實際滿度頻率大干計算的滿度頻率的使得指示大范圍波動，無法讀數(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，最終通過重新標定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問題。 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之處，量程設(shè)定有個別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個別位顯示壞，使得無法確定量程設(shè)定以及K系數(shù)設(shè)定，這部分原因主要向問題①、②有關(guān)。通過修復(fù)相應(yīng)的故障，問題得以解決。 5、四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細檢查，有的接頭實際已松動造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘卻緊固在了線皮上，也使得回路中斷，這部分原因主要同問題②有關(guān)。 6、二次儀表與后續(xù)儀表的連接問題。由于后續(xù)儀表的問題或者由于后續(xù)儀表的檢修，使得二次儀表的mA輸出回路中斷，對于這類型的二次儀表來說，這部分原因主要同問題②有關(guān)。尤其是對于后續(xù)的記錄儀，在記錄儀長期損壞無法修復(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指示。由于長期運行，再加上受到灰塵的影響，造成平軸電纜故障，通過清洗或者更換平軸電線，問題得以解決。 8、對于問題⑦主要是由于二次儀表顯示表頭線圈固定螺絲松，造成表頭下沉，指針與表殼摩擦大，動作不靈，通過調(diào)整表頭并重新固定，問題相應(yīng)解決。 9、使用環(huán)境問題。尤其是安裝在地井中的傳感器部分，由于環(huán)境濕度大，造成線路板受潮，這部分原因主要同問題②、②有關(guān)。通過相應(yīng)的技改措施，對部分環(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，日前這部分儀表運行良好。 10、由于現(xiàn)場調(diào)校不好，或者由于調(diào)校之后的實際情況的再變動。由于現(xiàn)場振動噪聲平衡調(diào)整以及靈敏度調(diào)整不好．或者由于調(diào)整之后運行一段時間之后現(xiàn)場情況的再變動，造成指示問題、這部分原因主要同問題④、⑤有關(guān)。使用示波器，加上結(jié)合工藝運行情況，重新調(diào)整。
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