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智能涡街流量计的原理及故障排除 智能涡街流量计技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
智能涡街流量计工作原理与结构

1. 工作原理

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;
Sr--斯特劳哈尔数;
m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比

管道内体积流量qv为

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)

式中 K--流量计的仪表系数,脉冲数/m3(P/m3)。

K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数,它与旋涡发生体形状及雷诺数有关,图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见,在ReD=2×104~7×106范围内,Sr可视为常数,这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时,VSF的流量计算式为


图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

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;
Pn,P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力,Pa;
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,VSF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。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量,这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度,流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。

2. 结构

VSF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。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。


图3 涡街流量计

(1)旋涡发生体

旋涡发生体是检测器的主要部件,它与仪表的流量特性(仪表系数、线性度、范围度等)和阻力特性(压力损失)密切相关,对它的要求如下。

1) 能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离;
2) 在较宽的雷诺数范围内,有稳定的旋涡分离点,保持恒定的斯特劳哈尔数;
3) 能产生强烈的涡街,信号的信噪比高;
4) 形状和结构简单,便于加工和几何参数标准化,以及各种检测元件的安装和组合;
5) 材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀,耐磨蚀,耐温度变化;
6) 固有频率在涡街信号的频带外。

已经开发出形状繁多的旋涡发生体,它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类,如图4所示。单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱,其他形状皆为这些基本形的变形。三角柱形旋涡发生体是应用广泛的一种,如图5所示。图中D为仪表口径。为提高涡街强度和稳定性,可采用多旋涡发生体,不过它的应用并不普遍。

⑵智能涡街流量计 检测元件

流量计检测旋涡信号有5种方式。

1) 用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压;
2) 旋涡发生体上开设导压孔,在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压;
3) 检测旋涡发生体周围交变环流;
4) 检测旋涡发生体背面交变差压;
5) 检测尾流中旋涡列。

根据这5种检测方式,采用不同的检测技术(热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等)可以构成不同类型的VSF,如表1所示。

表1 旋涡发生体和检测方式一览表

⑶ 转换器

检测元件把涡街信号转换成电信号,该信号既微弱又含有不同成分的噪声,必须进行放大、滤波、整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号。

转换器原理框图如图6所示。


图6 转换器原理框图

⑷ 仪表表体

仪表表体可分为夹持型和法兰型,如图7所示。

智能涡街流量计主要存在的问题 主要有:①指示长期不准;②始终无指示;③指示大范围波动,无法读数;④指示不回零;⑤小流量时无指示;⑧大流量时指示还可以,小流量时指示不准;⑦流量变化时指示变化跟不上;⑧仪表K系数无法确定,多处资料均不一致。

分析及解决方法

总结引起这些问题的主要原因,主要涉及到以下方面:

1、选型方面的问题。有些涡街传感器在口径选型上或者在设计选型之后由于工艺条件变动,使得选择大了―个规格,实际选型应选择尽可能小的口径,以提高测量精度,这方面的原因主要同问题①、③、⑥有关。比如,一条涡街管线设计上供几个设备使用,由于工艺部分设备有时候不使用,造成目前实际使用流量减小,实际使用造成原设计选型口径过大,相当于提高了可测的流量下限,工艺管道小流量时指示无法保证,流量大时还可以使用,因为如果要重新改造有时候难度太大.工艺条件的变动只是临时的。可结合参数的重新整定以提高指示准确度。

2、安装方面的问题。主要是传感器前面的直管段长度不够,影响测量精度,这方面的原因主要同问题①有关。比如:传感器前面直管段明显不足,由于FIC203不用于计量,仅仅用于控制,故目前的精度可以使用相当于降级使用。

3、参数整定方向的原因。由于参数错误,导致仪表指示有误.参数错误使得二次仪表满度频率计算错误,这方面的原因主要同问题①、③有关。满度频率相差不多的使得指示长期不准,实际满度频率大干计算的满度频率的使得指示大范围波动,无法读数,而资料上参数的不一致性又影响了参数的最终确定,最终通过重新标定结合相互比较确定了参数,解决了这一问题。

4、二次仪表故障。这部分故障较多,包括:一次仪表电路板有断线之处,量程设定有个别位显示坏,K系数设定有个别位显示坏,使得无法确定量程设定以及K系数设定,这部分原因主要向问题①、②有关。通过修复相应的故障,问题得以解决。

5、四路线路连接问题。部分回路表面上看线路连接很好,仔细检查,有的接头实际已松动造成回路中断,有的接头虽连接很紧但由于副线问题紧固螺钉却紧固在了线皮上,也使得回路中断,这部分原因主要同问题②有关。

6、二次仪表与后续仪表的连接问题。由于后续仪表的问题或者由于后续仪表的检修,使得二次仪表的mA输出回路中断,对于这类型的二次仪表来说,这部分原因主要同问题②有关。尤其是对于后续的记录仪,在记录仪长期损坏无法修复的情况下,一定要注意短接二次仪表的输出。

7、由于二次仪表平轴电缆故障造成回路始终无指示。由于长期运行,再加上受到灰尘的影响,造成平轴电缆故障,通过清洗或者更换平轴电线,问题得以解决。

8、对于问题⑦主要是由于二次仪表显示表头线圈固定螺丝松,造成表头下沉,指针与表壳摩擦大,动作不灵,通过调整表头并重新固定,问题相应解决。

9、使用环境问题。尤其是安装在地井中的传感器部分,由于环境湿度大,造成线路板受潮,这部分原因主要同问题②、②有关。通过相应的技改措施,对部分环境湿度大的传感器重新作了把探头部分与转换部分分离处理,改用了分离型传感器,故善了工作环境,日前这部分仪表运行良好。

10、由于现场调校不好,或者由于调校之后的实际情况的再变动。由于现场振动噪声平衡调整以及灵敏度调整不好.或者由于调整之后运行一段时间之后现场情况的再变动,造成指示问题、这部分原因主要同问题④、⑤有关。使用示波器,加上结合工艺运行情况,重新调整。
智能涡街流量计输出信号不稳定的原因

  智能涡街流量计测量过程中输出信号不稳定和不规则的原因简单总结有以下几种原因并备注解决方法,仅供相关人员参考:

  1)有较强的电干扰信号

  解决方法:检查和加强屏蔽、接地措施

  2)传感器玷污或受潮,灵敏度降低

  解决方法:清洗或者更换传感器

  3)传感器受损或者引线接触不良

  解决方法:检查传感器和引线

  4)出现两相流或脉动流

  解决方法:加强工艺流程管理,消除两相流或脉动流

  5)管道有震动

  解决方法:采取减震措施缓解管道震动

  6)工艺流不稳定

  解决方法:调整安装位置

  7)安装不同心或者是密封垫突入管内

  解决方法:重新安装,修整密封垫

  8)上下游阀门扰动

  解决方法:加长直管段或者加装整流装置

  9)流体未充满管道

  解决方法:调整传感器安装位置或方式

  10)管道内有杂质漩涡发生体有缠绕物

  解决方法:检查工艺流程,清除杂质缠绕物

  11)存在气穴现象

  解决方法:增加管道压力,降低流体流速

标签: 智能涡街流量计
智能涡街流量计 智能涡街流量计输出信号不稳定的原因_智能涡街流量计
智能涡街流量计安装注意事项

  智能涡街流量计其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。表内的参数能长期稳定,是一种比较先进、理想的测量仪器。主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。

  1、选择安装地点的合理性。

  避开强电力设备,高频设备,强电源开关设备;避开高温热源和辐射源的影响,避开强烈震动场所和强腐蚀环境等,同时要考虑安装维修方便。

  2、必须有上下游足够的直管段。

  传感器安装点的上游在同一平面上有二个90。弯头,则:上游直管段≥25D,下游直管段≥5D。

  传感器安装点的上游在不同平面上有二个90。弯头,则:上游直管段≥40D,下游直管段≥5D。

  调节阀应安装在传感器的下游5D以外处,若必须安装在传感器的上游,传感器上游直管段应不小于50D,下游应有不小于5D。

  3、管道采取减振动措施的必要性。

  传感器尽量避免安装在振动较强的管道上,特别是横向振动。若不得已要安装时,必须采取减振措施,在传感器的上下游2D处分别设置管道紧固装置,并加防振垫。

  4、安装是涡街流量计在水平管道上常用的安装方式之一。

  测量气体流量时,若被测气体中含有少量的液体,传感器应安装在管线的较高处。

  测量液体流量时,若被测液体中含有少量的气体,传感器应安装在管线的较低处。

  安装点上下游的配管应与传感器同心,同轴偏差应不小于0.5DN。

  5、垂直管道上传感器的安装方法。

  测量气体流量时,传感器可以安装在垂直管道上,流向不限。若被测气体中含有少量的液体,气体流向应由下向上。

  测量液体流量时,液体流向应由下向上:这样不会将液体重量额外附加在探头上。

  6、选择测压点和测温点。

  根据测量的需要,需在传感器附近测量压力和温度时,测压点应在传感器下游的3-5D处,测温点应在传感器下游的6-8D

  7、如何让传感器在水平管道上侧装。

  无论测量何种流体,传感器可以在水平管道上侧装,特别是测量过热蒸汽,饱和蒸汽和低温液体,若条件允许可以采用侧装,这样流体的温度对放大器的影响较小。

  8、在水平管道上倒装传感器的技巧。

  一般情况下不推荐用此安装方法。此安装方法不适用于测量一般气体、过热蒸汽。可用于测量饱和蒸汽,适用于测量高温液体或需经常清洗管道的情况。测量高温蒸汽时,保温层较多不能超过支架高度的三分之一。

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