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流量檢測(cè)及變送概述和分類
生產(chǎn)過(guò)程中大量的氣體、液體等流體介質(zhì)的流量需要準(zhǔn)確檢測(cè)與控制，以保證設(shè)備在合理負(fù)荷和安全狀態(tài)下運(yùn)行。所謂流量大小，指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量，即瞬時(shí)流量。常用體積流量和質(zhì)量流量表示。由于檢測(cè)手段受溫度、粘度、腐蝕性及導(dǎo)電性等因素的影響，所以流體檢測(cè)原理有很多，方法分類也有很多。
1、按測(cè)量的單位分，有質(zhì)量流量計(jì)和體積流量計(jì)
2、按測(cè)量流體運(yùn)動(dòng)的原理分，有容積式、速度式、動(dòng)量式和質(zhì)量流量式
3、按測(cè)量方法，有直接測(cè)量式和間接測(cè)量式。
渦街流量計(jì)的概述 渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門（Karman）渦街原理研究生產(chǎn)的，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的測(cè)量?jī)x器。 渦街流量計(jì)的原理及工作原理 原理：在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理(Kármán Vortex Street)測(cè)量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。并可作為流量變送器應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來(lái)測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過(guò)渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示： 工作原理：渦街流量計(jì)是應(yīng)用卡門渦街原理和現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)而制造的一種流量計(jì)，旋渦的發(fā)生頻率與流體的速度成正比，在一定條件下，符合下式： 渦街流量計(jì)的功能及特點(diǎn) 功能： 1、表體中同時(shí)集成溫壓補(bǔ)償補(bǔ)償功能，可測(cè)量流體的標(biāo)準(zhǔn)體積流量或標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量。 2、 全智能化、數(shù)字化電路設(shè)計(jì)，可自動(dòng)補(bǔ)償被測(cè)流體密度或標(biāo)況體積計(jì)算。 3、 全新的數(shù)字濾波和修正功能使流量測(cè)量更加精準(zhǔn)可靠。 4、 電池供電型無(wú)需外接電源既可連續(xù)工作兩年以上。 5、 全新點(diǎn)陣漢字液晶顯示，使用操作更方便。 特點(diǎn)： 一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固，無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠。 二、安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)十分方便。 三、檢測(cè)傳感器不直接接觸被測(cè)介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)。 四、輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào)，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高。 五、測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1：10。 六、壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義。 渦街流量計(jì)的安裝要求 1、合理選擇安裝場(chǎng)所和環(huán)境。 避開強(qiáng)電力設(shè)備，高頻設(shè)備，強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備；避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊?，避開強(qiáng)烈震動(dòng)場(chǎng)所和強(qiáng)腐蝕 環(huán)境等，同時(shí)要考慮安裝維修方便。 2、上下游必須有足夠的直管段。 若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有二個(gè)90°彎頭，則：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D 。 若傳感器安裝點(diǎn)的上游在不同平面上有二個(gè)90°彎頭，則：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D 。 調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在傳感器的下游5D以外處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游直管段應(yīng)不小于50D，下游應(yīng)有不小于5D。 3、安裝點(diǎn)上下游的配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。 4、管道采取減振動(dòng)措施。 傳感器盡量避免安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上，特別是橫向振動(dòng)。若不得已要安裝時(shí)，必須采取減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置，并加防振墊。 5．在水平管道上安裝是流量傳感器最常用的安裝方式。 測(cè)量氣體流量時(shí)，若被測(cè)氣體中含有少量的液體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處。 測(cè)量液體流量時(shí)，若被測(cè)液體中含有少量的氣體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。 6．傳感器在垂直管道的安裝。 測(cè)量氣體流量時(shí)，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測(cè)氣體中含有少量的液體，氣體流向應(yīng)由下向上。 測(cè)量液體流量時(shí)，液體流向應(yīng)由下向上：這樣不會(huì)將液體重量額外附加在探頭上。 7、傳感器在水平管道的側(cè)裝。 無(wú)論測(cè)量何種流體，傳感器可以在水平管道上側(cè)裝，特別是測(cè)量過(guò)熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許最好采用側(cè)裝，這樣流體的溫度對(duì)放大器的影響較小。 8．傳感器在水平管道的倒裝。 一般情況下不推薦用此安裝方法。此安裝方法不適用于測(cè)量一般氣體、過(guò)熱蒸汽。可用于測(cè)量飽和蒸汽，適用于測(cè)量高溫液體或需經(jīng)常清洗管道的情況。 9．傳感器在有保溫層管道上的安裝。 測(cè)量高溫蒸汽時(shí)，保溫層最多不能超過(guò)支架高度的三分之一。 10．測(cè)壓點(diǎn)和測(cè)溫點(diǎn)的選擇。 根據(jù)測(cè)量的需要，需在傳感器附近測(cè)量壓力和溫度時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。 渦街流量計(jì)的安裝注意事項(xiàng) 1.專用法蘭與直管段焊接時(shí)不能帶著傳感器焊接。 2. 安裝時(shí)應(yīng)使傳感器的流向標(biāo)志與管道內(nèi)流體流向一致。 3. 傳感器安裝前，法蘭凹槽內(nèi)必須放好密封圈。壓力和溫度測(cè)量點(diǎn)的位置，取壓點(diǎn)在傳感器下游3～5DN處，測(cè)溫點(diǎn)在下游5～8DN處。 4.測(cè)量高溫介質(zhì)時(shí)，切勿用隔熱材料把傳感器連接桿周圍包起來(lái)。 5.連接傳感器的屏蔽電纜走向，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾場(chǎng)合。絕對(duì)不允許與高壓電纜一起敷設(shè)，屏蔽電纜要盡量縮短，并且不得盤卷，以減少分布電感，最大長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)200米。 6.安裝傳感器前，管道必須進(jìn)行清洗。沖掉管內(nèi)的雜質(zhì)，避免通流后堵塞傳感器。測(cè)量液體的管道必須充滿被測(cè)液體，防止氣泡的干擾。 渦街流量計(jì)在使用過(guò)程中主要存在的問(wèn)題及解決辦法 ①指示長(zhǎng)期不準(zhǔn)；②始終無(wú)指示；③指示大范圍波動(dòng)，無(wú)法讀數(shù)；④指示不回零；⑤小流量時(shí)無(wú)指示；⑧大流量時(shí)指示還可以，小流量時(shí)指示不準(zhǔn)；⑦流量變化時(shí)指示變化跟不上；⑧儀表K系數(shù)無(wú)法確定，多處資料均不一致。 解決辦法： 1、選型方面的問(wèn)題。有些渦街傳感器在口徑選型上或者在設(shè)計(jì)選型之后由于工藝條件變動(dòng)，使得選擇大了―個(gè)規(guī)格，實(shí)際選型應(yīng)選擇盡可能小的口徑，以提高測(cè)量精度，這方面的原因主要同問(wèn)題①、③、⑥有關(guān)。比如，一條渦街管線設(shè)計(jì)上供幾個(gè)設(shè)備使用，由于工藝部分設(shè)備有時(shí)候不使用，造成實(shí)際使用流量減小，實(shí)際使用造成原設(shè)計(jì)選型口徑過(guò)大，相當(dāng)于提高了可測(cè)的流量下限，工藝管道小流量時(shí)指示無(wú)法保證，流量大時(shí)還可以使用，因?yàn)槿绻匦赂脑煊袝r(shí)候難度太大．工藝條件的變動(dòng)只是臨時(shí)的?？山Y(jié)合參數(shù)的重新整定以提高指示準(zhǔn)確度。 2、安裝方面的問(wèn)題。主要是傳感器前面的直管段長(zhǎng)度不夠，影響測(cè)量精度，這方面的原因主要同問(wèn)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(jì)量，僅僅用于控制，故精度可以使用相當(dāng)于降級(jí)使用。 3、參數(shù)整定方向的原因。由于參數(shù)錯(cuò)誤，導(dǎo)致儀表指示有誤．參數(shù)錯(cuò)誤使得二次儀表滿度頻率計(jì)算錯(cuò)誤，這方面的原因主要同問(wèn)題①、③有關(guān)。滿度頻率相差不多的使得指示長(zhǎng)期不準(zhǔn)，實(shí)際滿度頻率大干計(jì)算的滿度頻率的使得指示大范圍波動(dòng)，無(wú)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(guò)重新標(biāo)定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問(wèn)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(gè)別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，使得無(wú)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(wèn)題①、②有關(guān)。通過(guò)修復(fù)相應(yīng)的故障，問(wèn)題得以解決。 5、四路線路連接問(wèn)題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細(xì)檢查，有的接頭實(shí)際已松動(dòng)造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問(wèn)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(wèn)題②有關(guān)。 6、二次儀表與后續(xù)儀表的連接問(wèn)題。由于后續(xù)儀表的問(wèn)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(duì)于這類型的二次儀表來(lái)說(shuō)，這部分原因主要同問(wèn)題②有關(guān)。尤其是對(duì)于后續(xù)的記錄儀，在記錄儀長(zhǎng)期損壞無(wú)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(wú)指示。由于長(zhǎng)期運(yùn)行，再加上受到灰塵的影響，造成平軸電纜故障，通過(guò)清洗或者更換平軸電線，問(wèn)題得以解決。 8、對(duì)于問(wèn)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(dòng)作不靈，通過(guò)調(diào)整表頭并重新固定，問(wèn)題相應(yīng)解決。 9、使用環(huán)境問(wèn)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(wèn)題②、②有關(guān)。通過(guò)相應(yīng)的技改措施，對(duì)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(yùn)行良好。 10、由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校不好，或者由于調(diào)校之后的實(shí)際情況的再變動(dòng)。由于現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)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(yùn)行一段時(shí)間之后現(xiàn)場(chǎng)情況的再變動(dòng)，造成指示問(wèn)題、這部分原因主要同問(wèn)題④、⑤有關(guān)。使用示波器，加上結(jié)合工藝運(yùn)行情況，重新調(diào)整，式中
為旋渦的釋放頻率，單位為Hz；v為流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度，單位為m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，單位為m；St為斯特勞哈爾數(shù)（Strouhal number），無(wú)量綱，它的數(shù)值范圍為0.14－0.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，
。當(dāng)雷諾數(shù)Re在
范圍內(nèi)，St值約為0.2。在測(cè)量中要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在
，此時(shí)旋渦頻率
。由此，通過(guò)測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式
，可以求出流量q，其中A為流體流過(guò)旋渦發(fā)生體的截面積。
（式中f:旋渦發(fā)生頻率 v:流速 d:三角柱寬度 St：斯特勞哈數(shù)）流體旋渦對(duì)三角柱產(chǎn)生交替變化的壓力，由壓電信號(hào)傳感器檢測(cè)成電信號(hào)經(jīng)前置放大器進(jìn)行放大，變成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。VA型系列渦街流量計(jì)可以對(duì)廣泛的氣體（包括蒸汽）和液體進(jìn)行容積計(jì)量，配接流量積算儀和溫度、壓力傳感器可進(jìn)行質(zhì)量運(yùn)算及各種參數(shù)顯示。