渦街流量計的選用與維修

前言：

    在蒸汽計量過程中，我公司曾用過多種計量儀表，但由于種種原因不能達到準確計量的要求，均廢止未用。2004年，經(jīng)考查比較，我公司使用應(yīng)力式渦街流量計進行蒸汽的計量。由于是新型引進儀表，對其性能、特點、要求及原理等方面不甚了解，在使用和維修中出現(xiàn)了許多問題，現(xiàn)將本人在工作和學習中所碰到的一些問題及解決方法總結(jié)出來，與大家共同學習。

    1 渦街流量計的原理和電路構(gòu)成。

    1.1 工作原理：渦街流量傳感器的基本原理是卡門渦街原理。在測量管中垂直插入一術(shù)狀物時，流體通過術(shù)狀物兩側(cè)時就會交替地產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦，這種旋渦即卡門渦街。卡門渦街的釋放頻率與流體流速及柱狀物的寬度可用下列公式表示：

    f=S_t·V/d

    式中f———卡門渦街的釋放頻率（HZ）

    S_t———斯特羅哈數(shù)

    V———流體流速（m/S）

    d———柱狀物迎流面寬度（m）

    因S_t是一個取決于柱體斷面開關(guān)與液體性質(zhì)和流速大小基本無關(guān)的常數(shù)，S_t在0.17～0.18之間，因此旋渦的釋放頻率與流速成正比，只要檢出頻率f就可求得流速V，由V即可求出液體體積流量。

    流體流經(jīng)柱體時，旋渦交錯分離，在柱體的兩側(cè)及柱體后面的尾流中產(chǎn)生脈動的壓力。設(shè)于柱體后面的檢測探頭受這種微小脈動壓力的作用，使探頭內(nèi)的壓電晶體元件受交變應(yīng)力而而產(chǎn)生相應(yīng)的交變電荷信號，檢測放大器將電荷信號處理后，輸出與流量成正比例的脈沖信號到積算儀顯示，累積。

    1.2 電路構(gòu)成：如圖1

    電荷轉(zhuǎn)換器：將從壓電元件輸出的交變電荷信號轉(zhuǎn)換成與電荷量成比例的電壓信號。

    放大器、低通濾波器：進行信號放大，消噪。

    史密特整形器：把旋渦頻率的疚電壓轉(zhuǎn)換成一定幅值的脈沖信號，同時因該電路對輸入輸出信號具有滯后作用，因此能防止由噪聲產(chǎn)生的振蕩。

    脈沖輸出放大器：將史密特整形電路輸出的脈沖信號放大。

    2 渦街流量計的安裝及測量系統(tǒng)間的連接：

    2.1 安裝：

    正確地選擇安裝點和正確安裝安裝傳感器都是非常重要的環(huán)節(jié)，若安裝失誤，輕者影響測量精度，重者會影響傳感器的使用壽命，甚至會損壞傳感器。

    2.1.1 安裝地點的選擇：

    2.1.1.1 環(huán)境環(huán)境溫度：-40℃≤T≤55℃，若愛到生產(chǎn)設(shè)備熱輻射時，應(yīng)采取隔熱通風措施。

    2.1.1.2 環(huán)境空氣：流量計避免安裝于含腐蝕性氣體的環(huán)境中，若必須安裝時，必須有通風措施。

    2.1.1.3 機械振動和沖擊：振動會產(chǎn)生干擾信號，若管道上的振動和沖擊強烈，而介質(zhì)流速雙低，則可能導致干擾信號大于流量信號，造成計量誤差。因此流量計應(yīng)安裝于振動和沖擊小的場所，安裝位置在5～20Hz振動頻率下，要求振動加速度不大于1g，否則應(yīng)采取減振措施。

    2.1.2 管道安裝與要求：

    2.1.2.1 傳感器上游側(cè)和下游側(cè)應(yīng)有足夠長的直管段。直管段的長度應(yīng)符合表1。

    2.1.2.2 在規(guī)定直管段長度內(nèi)，管道入流與出流段目測應(yīng)平直，傳感器應(yīng)盡量辟免安裝在調(diào)節(jié)閥、半開閘閥的下游，一般情況下不在擴大管后安裝傳感器。

    2.1.2.3 傳感器可垂直、水平或其它任何角度安裝，但在垂直工傾斜安裝時，流體流向應(yīng)自下而上。

    2.1.2.4 取壓點和測量點的設(shè)置，取壓點應(yīng)在傳感器10D外，測溫度應(yīng)在5D以外。

    2.2 接線：

    2.2.1 渦街流量計測量系統(tǒng)之間信號連接如圖2：

    1、2為放大板信號輸入端子，信號由壓電晶體探頭提供，端子C為電源端子，接積算儀的12V+或24V+B為放大板信號輸出端子與積算儀f+對應(yīng)，A為放大板0V端子，與積算儀的f-對應(yīng)。G為放大板接地端子。放大板與積算儀間用三芯屏蔽線相連接。

    2.2.2 安裝傳感器的管道及放大板殼體要有良好接地。（接地電阻R≤Ω）

    3 渦街流量感測器的檢修：

    3.1 探頭的檢修：

    3.1.1 探頭結(jié)構(gòu)：如圖3。探頭由兩片壓電晶體組成，一片用于抗震，一片用于檢測。探頭的引線A、B是檢測片的兩根引線。

    3.1.2 探頭的檢測：

    3.1.2.1 萬用表檢測法：用萬用表200MΩ檔，分別測A與B、A與外殼、B與外殼的電阻，阻值為∞，若有阻值則探頭損壞，用萬用表2n檔，測A與B電容不得值，空載時，電容應(yīng)為0.15nF～0.35nF之間恒定不變。當有外界振動或流體流通時，電容值發(fā)生變化，且比0.15nF～0.35nF要大，則探頭正常。

    3.1.2.2 示波器檢測法：將探頭如圖4與超低示波器相連，輕敲探頭頭部，若示波器屏幕上出現(xiàn)不規(guī)則正弦波（如圖5），則說明探頭完好，無類似波形則探頭損壞。
 

    3.1.2.3 整體連校檢測法：在確定放大板和積算儀均是好的前提下，可將探頭、放大板、積算儀按正常使用接好，用物體輕敲探頭頭部，積算儀頻率或瞬時流量有變化，則說明探頭是好的，若無變化則探頭已損壞。

    探頭經(jīng)檢測確定是損壞后，不可修復。

    3.2 放大板的檢修。

    3.2.1 放大板原理圖：（如圖6）

    電路由電荷變換器、電壓放大器、有源低通濾波器、觸發(fā)整形器、電源中點電路和電壓脈沖變換電路六部分構(gòu)成。

    3.2.1.1 電荷變換器：由運算放大器I_1-1、R₂₀、R₁₁、R₁₂、C₁₁～C₁₄構(gòu)成，是一個雙端輸入的電荷/電壓變換器，探電壓電晶體輸出的交變電荷信號由S₁、S₂輸入，變換器輸出與電荷量成正比的電壓信號。

    3.2.1.2 電壓放大器：由運算放大器I_1-2、R₂₁、R₂₂及電位器W1構(gòu)成，它是一增益可調(diào)的電壓放大器。

    3.2.1.3 低通濾波器：由運算放大器I_1-3、R₃₁～R₃₄、C₃₁～C₃₃和D₃₁、D₃₂構(gòu)成，R₃₁、R₃₂、C₃₃確定濾波器的截頻點，不同口徑的傳感器需不同的截頻點，可通過改變C₃₂、C₃₃實現(xiàn)。

    3.2.1.4 觸發(fā)整形單元：包含觸發(fā)器（I_2-1、R₄₁、R₄₂、C₀₂、C₄₁、W₂）和整形器（I_C3）。

    3.2.1.5 電源中點電咯：檢測放大器由單電源+24V供電，由運算放大器I_2-2、R₀₁、R₀₂和C₀₁構(gòu)成電源中點電路，為委員長放大器提供+12V的中點電位。

    3.2.1.6 電壓脈沖/電流脈沖電器：穩(wěn)壓塊I_C4和電阻R₀₃、R₀₄構(gòu)成恒流穩(wěn)壓電路，三極管T₀₁和電阻R₀₅組成脈沖變換放大電路，將電壓脈沖轉(zhuǎn)換成電流脈沖。

    3.2.2 放大板檢測：

    在原理圖中有四個檢測點：Tp1、Tp2、Tp3、Tp4。放大板正常時，其輸出波形如下：（圖7）
 

    當放大板出現(xiàn)問題時，用示波器監(jiān)測上述4個測試點的波形，以判斷故障出現(xiàn)的部位，然后按電容、二極管、穩(wěn)壓管、集成塊、電阻的順序檢查元件，判斷其好壞，更換器件，對電路進行修復。

    另外，還有一個非常簡便判斷放大板好壞的方法。在已知二次表是好的情況下，可將放大板與積算儀按正常使用接好，用手觸摸放大板的輸入端，觀察窗顯示儀表的輸出，若顯示儀表的顯示頻率為50Hz或100Hz，則說明放大板完好無損，若無輸出或顯示其它頻率，則說明放大板已壞。可按上術(shù)方法進行維修。

    4 渦街流量計的選用：

    儀表的選型是儀表應(yīng)用中重要的工作。儀表在實際應(yīng)用中的許多故與障與儀表的選型和錯誤使用有關(guān)。經(jīng)過對渦街流量計兩年多的使用，在其選型和使用上，我們得到了不少教訓，這些對今后選擇渦街、增加計量準確性，至關(guān)重要，現(xiàn)總結(jié)如下：

    4.1 要據(jù)工藝實際狀況選擇流量計口徑，一般情況下，所選儀表的口徑應(yīng)使氣體zui小流速不小于7m/S，液體流速不小于0.7m/S。

    4.2 盡量避免正常流量產(chǎn)生的頻率在50Hz左右，因為這樣工頻干擾進入儀表就不易被覺察，會造成計量誤差。

    4.3 實際生產(chǎn)中因設(shè)計管路一般偏大，所以實際流體流量會偏小，如果按原管路選擇渦街口徑，會造成計量不準，甚至不能計量，因此，對渦街流量計下限的確定至關(guān)重要。只有確定了其下限流量，才能選擇的渦街。

    5 結(jié)束語：

    通過對渦街流量計原理的描述，電路的分析，及本人在維修過程中一些方法、經(jīng)驗的介紹。相信大家對渦街流量計已有了一定的了解，希望這些維修方法和經(jīng)驗?zāi)軐ν袀冇兴崾荆兴鶐椭?/p>