在特定的流動條件下，一部分流體動能會轉(zhuǎn)化為流體振動，其振動頻率與流速(流量)有確定的比例關(guān)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(jìn)(旋渦進(jìn)動)流量計和射流流量計。渦街流量計具有以下一些特點(diǎn)：

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實(shí)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(dá)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(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；
⑥應(yīng)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(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(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(guān)系式：

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

管道內(nèi)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(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2可見，在ReD=2×104～7×106的范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃或20℃，101.325kPa)和工況下的體積流量； Pn、P分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力；Tn、T分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度；Zn、Z分別為標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時流量計應(yīng)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(chǎn)生直接影響。

渦街流量計由傳感器和轉(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、DAC、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)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(zhuǎn)換器內(nèi)。

圖3 渦街流量計

在現(xiàn)場中的應(yīng)用

1 現(xiàn)場應(yīng)用

渦街流量計適用的流體比較廣泛，但不適用于低雷諾數(shù)(ReD≤2×104)流體。因?yàn)樵诘屠字Z數(shù)時，斯特勞哈爾數(shù)隨著雷諾數(shù)而變，儀表線性度變差。同時，含固體微粒的流體對旋渦發(fā)生體的沖刷會產(chǎn)生噪聲，其含有的短纖維若纏繞在旋渦發(fā)生體上將改變儀表系數(shù)。

渦街流量計在混相流體中的應(yīng)用如下：

①可用于含分散、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應(yīng)小于7%～10%的氣、液兩相流，若容積含氣率超出2%就應(yīng)對儀表系數(shù)進(jìn)行修正。
②可用于含分散、均勻的固體微粒，含量不大于2%的氣固、液固兩相流。
③可用于互不溶解的液液(如油和水)兩組分流等。

脈動流和旋轉(zhuǎn)流會對渦街流量計產(chǎn)生嚴(yán)重影響。如果脈動頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振，破壞正常工作和設(shè)備，使渦街信號產(chǎn)生“鎖定(Lock-in)”現(xiàn)象，這時信號會固定于某一頻率?！版i定”與脈動幅值、旋渦發(fā)生體形狀及堵塞比等有關(guān)。

渦街流量計的精確度對于液體大致在±0.5%R～±2%R之間，對于氣體在±l%R～±2%R之間，重復(fù)性一般為 0.2%～0.5%。由于渦街流量計的儀表系數(shù)較低，頻率分辨率低，口徑愈大精度愈低，故儀表口徑不宜過大(DN300以下)。

范圍度寬是渦街流量計的特點(diǎn)，但重要的一點(diǎn)是量程下限的流量數(shù)值。一般液體平均流速下限為0.5m/s，氣體為4～5m／s。渦街流量計的正常流量可以在正常測量范圍的1/2～2/3處。

渦街流量計的最大優(yōu)點(diǎn)是儀表系數(shù)不受測量介質(zhì)物性的影響，可以由一種典型介質(zhì)推廣到其他介質(zhì)上。但由于液、氣的流速范圍差別很大，導(dǎo)致頻率范圍亦差別很大。處理渦街信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數(shù)亦不同，因此，同一電路參數(shù)不能用于測量不同介質(zhì)。

另外，氣體和液體的密度差別很大，而旋渦分離時產(chǎn)生的信號強(qiáng)度與密度成正比，因此信號強(qiáng)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(zhì)壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍不同，信號強(qiáng)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(jīng)硬件或軟件修改，改變使用介質(zhì)或改變儀表口徑是不可行的。

2 安裝注意事項(xiàng)

渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)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(yīng)充分重視，嚴(yán)格遵照使用說明書執(zhí)行。

渦街流量計可安裝在室內(nèi)或室外。如果安裝在地井里，為防止被水淹沒，應(yīng)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(kuò)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(diào)節(jié)閥半開閥門，f為同一平面兩個90°彎頭。

圖6 傳感器與管道的連接

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。

① 上、下游配管內(nèi)徑D與傳感器內(nèi)徑D’相同，其差異滿足下述條件： 0.95D≤D’≤1.1D；
② 配管應(yīng)與傳感器同心，同軸度應(yīng)小于0.05D’；
③ 密封墊不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比傳感器內(nèi)徑大1～2mm；
④ 如需斷流檢查與清洗傳感器，應(yīng)設(shè)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(yīng)該作為渦街流量計現(xiàn)場安裝的一個突出問題來關(guān)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(yīng)注意傳感器與轉(zhuǎn)換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應(yīng)超過使用說明書的規(guī)定。布線時應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，盡量用單獨(dú)金屬套管保護(hù)。應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”原則，接地電阻應(yīng)小于10Ω。整體型和分離型都應(yīng)在傳感器側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼接地點(diǎn)應(yīng)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(jié)語

在眾多的流量計中，渦街流量計的購置費(fèi)低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等類型，而安裝、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)低于節(jié)流式、容積式、渦輪式等類型，是一種經(jīng)濟(jì)性較好、比較實(shí)用的流量計。渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)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。

液體渦輪流量計對液體介質(zhì)的粘性要求

　　液體渦輪流量計為粘度敏感的流量計，當(dāng)液體粘度增大時，儀表系數(shù)的線性區(qū)變窄，下限流量增大，當(dāng)粘度增加到一定數(shù)值時，甚至無線性區(qū)域。螺旋葉片的情況比直葉片要好的多。　　對于液體，通常用水校驗(yàn)傳感器，當(dāng)精度為0.5級時，可在5×10-6mm2/s以下的液體而不必考慮粘度的影響。當(dāng)流體粘度高于5times;10-6mm2/s時，可用相當(dāng)粘度的液體校驗(yàn)而不必作粘度修正。此外也可采取一些措施來補(bǔ)償粘度的影響。如縮小使用范圍度，提高流量下線值或儀表系數(shù)乘以雷諾數(shù)修正系數(shù)等?！　≌扯葘x表系數(shù)的影響與傳感器結(jié)構(gòu)類型及參數(shù)口徑大小等有關(guān)。有幾種粘度對儀表系數(shù)影響的表示方法：儀表系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系，在幾種粘度下，儀表系數(shù)與輸出頻率的關(guān)系和儀表系數(shù)與輸出頻率除以運(yùn)動年度的比值的關(guān)系等等。這些資料有的生產(chǎn)廠準(zhǔn)備有，但并非所有的生產(chǎn)廠都有這些資料。

標(biāo)簽: 液體渦輪流量計

液體渦輪流量計 液體渦輪流量計對液體介質(zhì)的粘性要求_液體渦輪流量計

　　【儀器網(wǎng) 維修保養(yǎng)】作為一款根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導(dǎo)電流體流量的儀器，電磁流量計在很多行業(yè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用。電磁流量計在開始投運(yùn)或正常投運(yùn)一段時間后會出現(xiàn)儀表工作不正常的情況，電磁流量計的電極便是其中較容易出現(xiàn)故障的部件之一，也是電磁流量計在使用的過程中儀表工作不正常的重要原因之一。根據(jù)網(wǎng)上資料對電磁流量計電極的檢修維護(hù)進(jìn)行如下簡述：
 

　　1.在使用電磁流量計之前，要先用標(biāo)準(zhǔn)的PH值溶液來標(biāo)定電磁流量計。在完成PH值標(biāo)定之后，并不能直接使用電磁流量計，一般還需要先用蒸餾水把電磁流量計的電極清洗一遍，然后再用測液再一次清洗電極。避免因PH溶劑導(dǎo)致測量出現(xiàn)誤差。
 

　　2.在不使用電磁流量計，需要取下電磁流量計電極，在拆卸電磁流量計的過程中注意不要讓電極的觸感器與硬物碰撞，否則容易導(dǎo)致電磁流量計電極出現(xiàn)損壞。
 

　　3.定期對電極進(jìn)行清潔，注意保證電極處于干凈狀態(tài)，不要讓它的兩邊輸出出現(xiàn)了短路的情況，不然的話會使得測量不準(zhǔn)確，影響電磁流量計的使用的。
 

　　電磁流量計的電極雖然是其中一個零部件，但其卻對電磁流量計運(yùn)轉(zhuǎn)工作有著重要的意義。以上對電極的使用維護(hù)注意事項(xiàng)并不全面，具體操作應(yīng)查閱相關(guān)使用說明書。

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