电气仪表---涡 街 流 量 计

ltlong52010

涡　街　流　量　计
! E( k. s4 c! c- C/ t1 N/ o5 G* n  R
一、 概 述
' y! N9 j& Q6 o7 [. |　　在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速（流量）有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。目前流体振动流量计有三类：涡街流量计、旋进旋涡流量计和射流流量计。涡街流量计具有以下一些特点：
　　1）输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际体积流量成正比，它不受流体组分、密度、压力、温度的影响；
　　2）测量范围宽，一般范围度可达10：1以上；
" p2 z/ ?  q, X. @4 ?1 I　　3）无可动部件，可靠性高；
' J3 y5 }: p; `3 o9 F- ]/ w1 w1 B　　4）结构简单牢固，安装方便，维护费较低；
7 X) D1 J' J8 S2 `- W9 V$ _5 L　　5）应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸气。
& ^2 p; E3 ~  m. ^; d0 Q　二、工作原理与结构
本次选用的气体涡街流量计为德国Endress+Hauser公司的系列产品。
        规格型号：72F
        测量精度
! C. @) m3 f4 }0 m& V计量精度：1.0级
重复性：±0.1％
稳定性：±0.1％/年
        专利差动电容式DSC传感器
        抗振动（在各个轴向超过1g）
- p4 ~+ C  w' V$ k! g. M4 x抗温度冲击（>150K/s）   
& j: W0 b, S% _$ I0 }耐脏
6 z3 P- X: b! ]4 t2 m抗水锤冲击
# \: E9 Q) p9 ~: K3 v        适用温度范围-50～+400℃
9 O3 ?6 y1 v$ j; ?: W5 Z        输出：电气隔离型脉冲、4～20mA（支持HART）
        电子模块和传感器具有永久自监测和自诊断功能
        免维修，无可动部件，无零点漂移
        认证：国家质量技术监督局计量器具型式批准证书，安全等级SIL2认证。
◆ 通讯：可输出流量脉冲输出信号及4～20mA HART。
8 d* S4 I& _4 ^& e: Y表体材质为不锈钢，能适应输送介质、压力及现场安装环境的要求，且安装方便，无可动部件免维修。
  l5 i4 A% _" p  ]% L涡街流量计前后直管段长度优于GB18603的要求，流量计前直管段长度设为30D,流量计后直管段长度设为10D。
/ ?6 y( m0 G& V6 B# ]/ n8 K1. 工作原理
5 l3 V# H  s, e! Y6 G4 I涡街流量计的工作原理为卡门涡街原理，涡街产生的脉冲频率与被测流体的实际体积流量成正比，不受流体组分、密度、压力、温度的影响。具有就地LCD显示器，能够显示工况条件下的累积流量、瞬时流量。
　　在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式
　　　　　　　　　f=SrU1/d=SrU/md 　　　（1）
式中　　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
+ _: v$ S9 e+ G# d  H　　　　Sr--斯特劳哈尔数；
5 U+ u& X: m+ A0 A* z/ K3 ^- u　　　　m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
* V7 A& O- Q6 U/ w4 |, C( T7 X) }6 u　　　　　　　　  
* f) ~+ ?. a7 k( h$ s
图1 卡曼涡街

) E; F  x6 z4 w$ ~3 ^* r# u　　管道内体积流量qv为
' ^' E; s; }. a7 r: z　　　　　　　　　　　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　　　　　　　　　　　　K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)
/ f. D0 _* U7 J! V, Y! D% ]# _式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。
　　涡街流量计的流量计算式为
　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　(4)
式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；
. n" l) Z# ]! Y9 c  }' a　　 Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa；
4 j$ S# }4 W/ U2 @+ l　　 Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；
　　 Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
　　由上式可见，涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。
2. 结构
　　涡街流量计由传感器和转换器两部分组成，如图3所示。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。
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图3 涡街流量计
5 w. y! J* F" Y8 _* P5 \三、 优点
　　涡街流量计结构简单牢固，安装维护方便。
' `  B9 T+ ~' ~& V. ^　　适用流体种类多，如液体、气体、蒸气和部分混相流体。
　　精确度教高（与差压式，浮子式流量计比较），一般为测量值的（ ±1%～±2%）R。
" f6 ~8 y( S7 M　　范围宽度，可达10：1或20：1。
+ Z6 K6 b# V0 b9 @9 C' C6 a　　压损小（约为孔板流量计1/4～1/2）。
　　输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量，无零点漂移；
六、 安装使用注意事项  
; ^+ G3 x4 |. [# x1. 安装注意事项
+ F4 R0 f5 ~; L; w) g, q; ^　　涡街流量计属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，对现场管道安装条件应充分重视，
涡街流量计对上、下游直管段长度的要求
& N- }7 W) o# h& Q- }（a）一个90o弯头；
' _% c0 M" o6 h3 s2 Q& I& D3 E（b）同心扩管；
( p* H1 J. ]8 W* s' o' V9 s（c）同心收缩全开阀门；
# h( N" _! ?" A  ?（d）不同平面两个90o弯头；
（e）调节阀半开阀门；
( Y# Q0 `/ X4 k- j+ b6 H（f）同一平面两个90o弯头
　　传感器与管道的连接如所示。在与管道连接时要注意以下问题。
7 L! a' _8 d. u9 i' }
图传感器与管道的连接
8 p) A0 Z% p! |　　1） 上、下游配管内径D与传感器内径D`相同，其差异满足下述条件：0.95D≤D`≤1.1D。
　　2） 配管应与传感器同心，同轴度应小于0.05D`。
　　3） 密封垫不能凸入管道内，其内径可比传感器内径大1～2mm。
* s& @' v. B+ j* f1 `　　4） 如需断流检查与清洗传感器，应设置旁通管道如图所示。

旁通管道示意图
3 a. ~; b- \5 v) f8 {: M　　5） 减小振动对涡街流量计的影响应该作为涡街流量计现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次加装管道支撑物是有效的减振方法，一种管道支撑方法如图所示。

图 安装管道支持举例
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1 Y$ |6 S+ j$ ^! C/ C2. 使用注意事项

2 y& q7 V  v) Z" E0 S9 I8 C- ?6 x　　（1）现场安装完毕通电和通流前的检查
) r$ e5 L" S7 n! |: X! [4 S　　1）主管和旁通管上各法兰、阀门、测压孔、测温孔及接头应无渗漏现象；
　　2）各部分电气连接是否良好？
　　（2）接通电源静态调试
/ ~% D* _, p) O( B　　在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而引入干扰信号。
/ ]; f. j$ r" v! c　　（3）通流动态调试
　　打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变。


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9 e) G' M. x4 E( g
, F# h3 E# A' @* {- P
: \9 O3 B/ ?9 K! p( N+ U; Y; a故障现象、原因及排除方法
3 u* j% V: @# g+ W
故障现象        可能原因        处理方法
" w& `! a& h! M& ?3 U# E通电后无流量时有输出信号        1)输入屏蔽或接地不良，引入电磁干扰
( e# \: j0 R2 V, L2)仪表靠近强电设备或高频脉冲干扰源        1)改善屏蔽与接地，排除电磁干扰
  c4 d1 f5 u2 m" v* Y2)远离干扰源安装，采取隔离措施加强电源滤波
  A9 p3 U) _4 P+ {通电通流后无输出信号        1)电源出故障
+ o1 Q5 g, {/ x- U, R5 B2)输入信号线断线
% N0 w4 y+ r4 d8 K5 d% b9 [, }3)检测元件损坏
4)管道堵塞或传感器被卡死         1)检查电源与接地
2)检查信号线与接线端子
3)检测工作点，检查元器件
4)检查清理管道，清洗传感器
' D$ `1 e) P. J输出信号不规则不稳定        1)有较强电干扰信号
/ J, e# |' S& ~. T2)传感器被沾污或受潮，灵敏度降低
3)传感器灵敏度过高
4)传感器受损或引线接触不良
5)传感器安装不同心或密封垫凸入管内
6)发生体有缠绕物        1)加强屏蔽和接地
2 Q- T5 W9 P9 P, H* B% y3 W3 E2)清洗或更换传感器
3)降低增益，提高触发电平
' j0 p$ Q4 `: n2 {4)检查传感器及引线
! n$ u. [& Y* v+ f' s/ m+ F/ }/ j/ _5)检查安装情况
3 K- D0 {* m! ~: t6)消除缠绕物
测量误差大        1)模拟转换电路零漂或满量程调整不对
2)供电电压变化过大
2 p3 y9 e/ j) c% b: f9 p3)安装不同心或密封垫凸入管内
; X3 ], Z  N. I4)传感器沾污或损伤
5)管道泄漏         1)校正零点和量程刻度
2)检查电源
- o! _0 U( [8 s3)调整安装，修整密封垫
4)清洗传感器
5)排除泄漏