仪表原理及安装工业PH计.docx

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仪表原理及安装工业PH计

第一部分仪表原理及安装

1、产品特点、用途和适用范围

1.1产品特点

涡街流量计是根据卡门涡街原理研究生产的，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸汽等多种介质。

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。

仪表参数能长期稳定。

涡街流量计采用高精度传感器,可靠性高，可在-40℃～+400℃的温度范围内工作。

有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。

1.2主要用途

涡街流量计可用来测量封闭管道中流体的体积流量。

广泛应用于工业生产过程、能源计量、环境保护、交通运输、食品生产等多个行业的气体、液体和蒸汽测量与计量。

2、工作原理

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼旋涡，如图

（一）所示。

图

（一）

在旋涡发生体下游形成交替有规律的旋涡列。

设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为V，旋涡发生体迎流面宽度为d，根据卡曼涡街原理，有如下关系式:

f=StV/d公式

（1）

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率HZ

St－斯特劳哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速（m/s）

d－旋涡发生体的宽度（m）

由此可见，通过测量卡曼涡街分离频率便可算出瞬时流量。

其中,斯特罗哈尔数（St）是无因次未知数，

图

（二）表示斯特劳哈尔数（St）与雷诺数（Re）的关系。

图

（二）

在曲线表中St＝0.17的平直部分，漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量传感器测量范围度。

只要检测出频率f就可以求得管内流体的流速，由流速V求出体积流量。

所测得的脉冲数与体积量之比，称为仪表常数（K），见式

（2）

　K＝3600f/Q（1/m3）公式

（2）

式中：

K＝仪表常数（m-3）。

f＝脉冲个数

Q＝体积流量（m³）

3、技术指标

主要技术指标

公称通径（mm）

15、20、25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，（300～1000插入式）

公称压力（MPa）

DN15-DN2004.0（>4.0协议供货），DN250-DN3001.6（>1.6协议供货）

介质温度（?

）

压电式：

-40～150，-40～260，-40～330；电容式：

-40～400（协议订货）

本体材料

1Cr18Ni9Ti，（其它材料协议供货）

允许振动加速度

压电式:

0.2g电容式:

1.0～2.0g

精确度

±1%R，±1.5%R；插入式：

±2.5%R，

范围度

1：

6～1：

供电电压

传感器：

DC+12V，DC+24V；变送器：

DC+12V，DC+24V；电池供电型：

3.6V电池

输出信号

脉冲：

高电平=5V，低电平=1V；电流：

4～20mA

压力损失系数

符合JB/T9249标准　Cd=2.4

防爆标志

本安型：

Exia?

CT2-T4隔爆型：

Exd?

CT2-T5

防护等级

普通型IP65潜水型IP68

环境条件

温度-20?

～55?

，相对湿度5%～90%，大气压力86～106kPa

适用介质

气体、液体、蒸汽

传输距离

三线制脉冲输出型：

=300m，两线制标准电流输出型（4～20mA）≤1500m；负载电阻=500Ω；RS485/HART=1200m.

4、仪表流量范围

4.1参比条件

1．气体：

常温常压空气，t=20?

，P=0.1MPa（绝压），ρ=1.205kg/m3，υ=15×10-6m2/s。

2．液体：

常温水，t=20?

，ρ=998.2kg/m3，υ=1.006×10-6m2/s。

4.2参比条件下涡街流量传感器工况流量参考范围表

注：

表中（300）～（1000）口径为插入式

仪表口径

（mm）

液体

气体

测量范围

（m3/h）

输出频率范围

（Hz）

测量范围

（m3/h）

输出频率范围

（Hz）

0.3～5

35～450

4～20

300～1600

0.6～10

29～380

6～30

230～1200

1.2～16

25～320

8～55

170～1100

1.8～20

18～200

10～120

100～1180

2～40

10～190

27～205

130～1040

3～60

8～150

35～380

94～920

4～85

6～120

60～640

90～910

6.5～130

4.1～82

86～1100

55～690

100

15～220

4.7～69

133～1700

42～536

125

20～350

3.2～57

150～2000

38～475

150

30～450

2.8～43

347～4000

33～380

200

45～800

2～31

560～8000

22～315

250

65～1250

1.5～25

890～11000

18～221

300

95～2000

1.2～24

1360～18000

16～213

（300）

100～1500

5.5～87

1560～15600

85～880

（400）

180～3000

5.6～87

2750～27000

85～880

（500）

300～4500

5.6～88

4300～43000

85～880

（600）

450～6500

5.7～89

6100～61000

85～880

（800）

750～10000

5.7～88

11000～110000

85～880

（1000）

1200～17000

5.8～88

17000～170000

85～880

>（1000）

协议

5、仪表外观分类及尺寸规格

5.1仪表外观分类

法兰卡装式涡街

将配对法兰焊接管道上，将仪表安装在配对法兰的卡槽内，用贯穿螺栓紧固法兰夹紧仪表，是最常见的一种仪表安装方式。

法兰连接式涡街

通过表体焊接法兰，使用时与管道原有法兰通过螺栓直接相连，也是常见仪表安装方式之一。

球阀插入式涡街

球阀插入式涡街是插入式涡街的一种，通过加装球阀来保证仪表拆卸后能够不影响管道内通气使用，一般大口径插入式采用此仪表较多。

简易插入式涡街

简易插入式涡街不配备球阀，相对比较轻便，一般使用过程中维护较少，适合测量大口径比较清洁的介质。

注：

其他特殊结构可以协议沟通定制

5.2常见仪表结构

仪表常见结构如左图

1：

为仪表表头，内部安装智能处理器，并且是仪表接线部位，根据订货协议配有不同类型的智能处理器。

2：

为压力传感器，用来采集介质压力，根据订货协议要求不同来决定是否安装传感器和传感器能采集的压力大小。

3：

为仪表屏蔽连接杆，用来连接表头和表体部件

4：

为仪表表体部件，内部安装发生体和流量传感器，根据订货协议决定口径和传感器类型

5.3常见仪表尺寸（中温带压力补偿仪表高度C等同高温型CH）

口径（mm）

CH（高温型）

DN15-32

385

445

DN40

410

470

DN50

420

480

DN65

105

435

495

DN80

120

450

510

DN100

140

470

530

DN125

168

498

558

DN150

100

194

524

584

DN200

100

248

578

638

DN250

115

300

630

690

DN300

130

350

680

740

卡装式涡街

口径（mm）

CH（高温型）

DN15-32

170

105/115/140

425

485

DN40

170

145

450

510

DN50

170

160

475

535

DN65

190

180

490

555

DN80

190

195

510

570

DN100

200

215

520

580

DN125

200

245

540

600

DN150

200

280

585

645

DN200

200

340

630

700

DN250

240

395

680

740

DN300

240

445

740

800

法兰连接型涡街

口径（mm）

DN250

DN300

DN400

DN500

DN600

DN800-2000

680

705

755

805

855

905-

1555

球阀插入式涡街

口径（mm）

DN250

DN300

DN400

DN500

DN600

DN800-

2000

255

280

330

380

430

530-1130

简易插入式涡街

6、仪表安装

6.1仪表安装环境要求

1.尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备。

仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。

2.避开高温热源和辐射源的直接影响。

若必须安装，须有隔热通风措施。

3.避开高湿环境和强腐蚀气体环境。

若必须安装，须有通风措施。

4.涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上。

若必须安装，须在其上下游2D处加设管道紧固装置，并加防振垫，加强抗振效果。

5.仪表最好安装在室内，安装在室外应注意防水，特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形，避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

6.仪表安装点周围应该留有较充裕的空间，以便安装接线和定期维护。

6.2仪表管道安装要求：

涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求，否则会影响介质在管道中的流场，影响仪表的测量精度。

仪表的上下游直管段长度要求见图DN为仪表公称口径单位:

传感器上游

管道型式

前后直管段长度

传感器上游

管道型式

前后直管段长度

同心收缩

全开阀门

一个90度

弯头

同一平面两

个90度弯头

不同平面两

个90度弯头

同心扩管

调节阀半开

阀门（不推荐）

注:

1、调节阀尽可能不安装在涡街流量仪表的上游,而应安装在涡街流量仪表的下游10D以外。

2、上、下游配管内径应相同。

如有差异，则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db,应满足以下关系

0.98Db=Dp=1.05Db

3、上、下游配管应与流量仪表表体内径同心，它们之间的不同轴度应小于0.05Db

4、仪表与法兰之间的密封垫，在安装时不能凸入管内，其内径应比表体内径大1-2mm

5、测压孔和测温孔的安装设计。

被测管道需要安装温度和压力变送器时，测压孔应设置在下游3-5D处，测温孔应设置在下游6-8D处，见图（七）。

D为仪表公称口径，单位：

6、仪表在在管道上可以水平、垂直或倾斜安装。

7、测量气体时，在垂直管道安装仪表，气体流向不限。

但若管道内含少量液体，为了防止液体进入仪表测量管，气流应自下而上流动，如图（四）a所示

8、测量液体时，为了保证管内充满液体，所以在垂直或倾斜管道安装仪表时，应该保证液体流动方向从下而上。

若管道内含少量气体，为了防止气体进入仪表测量管，仪表应安装在管线的较低处

如图（四）b所示

图（四）

9、测量高温、低温介质时，应注意保温措施。

转换器内部（表头壳体内）高温一般不应超过70℃；低温易使转换器内部出现凝露，降低印制电路板的绝缘阻抗，影响仪表正常工作。

6.3插入式涡街流量仪表安装步骤：

1.在管道上用气焊开一个略小于φ100mm的圆孔，并把圆孔周围毛刺清除干净，以保证测头旋转流利

2.在管道圆孔处焊上厂家提供的法兰，要求法兰轴线与管道轴线垂直。

3.将球阀及传感器安装在焊接好的法兰上。

4.调节丝杠，使插入深度符合要求（保证测头中心轴线和管道中心轴线重合），流体流向必须与方向标上的指示箭头保持一致。

5.均匀拧紧压盖上的螺丝。

（注：

压盖的松紧程度决定仪表的密封程度和丝杠能否旋动）

6.检查各环节是否完成好，慢慢打开阀门观察是否有泄漏（需特别注意人身安全）若有泄露请重复步骤5、6。

6.4分体式仪表压力变送器和Pt100安装示意图

7、在仪表安装使用前容易出现的错误

1-安装时仪表安装反向会导致流量不准确和不稳定。

2-安装仪表时禁止在线焊接，在线焊接会导致传感器受热损坏。

3-安装环境有剧烈震动，震动环境会导致流量不稳定以及静态有流量。

4-仪表采购时不考虑实际流量仅按照管道口径订货，这个问题会导致超出或不足流量测量范围。

5-现场温度和压力如果和订货协议不匹配，会导致仪表无法测量或测量不准，严重时造成仪表损伤。

6-工况流量与标况流量混淆，或者与质量流量混淆。

第二部分仪表使用与参数设置

I.常规电路

1、常规电路介绍

常规电路包含脉冲型线路板、电池供电普通型线路板、4-20mA普通型线路板和4-20mA温压补偿型线路板等常见的四种线路板，这四种线路板在使用和原理上具有共同性，是涡街流量计的新精简型线路板，其放大电路为模拟式。

可在常规的流量范围内准确测量气体、液体和蒸汽的流量。

可由开关设定适应各种口径和各类测量介质。

常规电路用于区分MSP数字电路

2、常规电路拨码开关设置

不同口径和介质开关选择参见附表。

并根据实际信号先调K2和K3扩展频带，必要时调整K1电荷放大器增益。

智能流量计放大器参数设置参照表（液体）

口径

↑

100

↑

125

↑

150

↑

200

↑

250

↑

300

↑

智能流量计放大器参数设置参照表（气体）

口径

↑

100

↑

125

↑

150

↑

200

↑

250

↑

300

↑

智能流量计放大器参数设置参照表（蒸汽）

口径

↑

100

↑

125

↑

150

↑

200

↑

250

↑

300

↑

箭头向上表示此开关位置为ON，无箭头处的开关为OFF。

以上表值仅供参考，实际使用中因液体粘度和气体密度不同应在此值附近调整，频率低时可将K2/K3向大口径方向调一至三档。

频率高时可将K2/K3向小口径方向调一至三档。

放大增益和触发灵敏度采用4位开关调整，开关1/2/3/4位分别代表1/2/4/8；ON数之和为1-15。

GB=1-15调放大器增益对应电阻比300K/（100K——4K7）,1_15放大率增大。

一般GB设置为（1+2）ON

SB=1-15调触发器门限对应电阻比300K/（100K——4K7），1_15灵敏度增高。

一般SB设置为（3）ON

3、常规电路操作说明与区分

a.脉冲型仪表

脉冲型直接输出脉冲信号，通过积算仪运算后来反映介质流量，通过调节对应介质的拨码开关即可使用，操作简单，无过多的设置，可以接通到PLC等外接设备上使用。

无液晶显示，需要接外接显示设备。

脉冲型区分：

脉冲型仪表本体不带显示屏，一般会配备积算仪

b.四按键显示普通型仪表

四按键普通型为具有液晶显示无补偿计算的一类简单线路板，根据供电方式不同可以分为24V普通板和电池供电普通板，这类板子区别于智能补偿型线路板，对于压力温度比较稳定的补偿介质可以采用这种表进行定值补偿测量。

（电池型应先将线路端子接好）。

具有脉冲输出功能，4-20mA普通型还具有4-20mA模拟输出功能。

另外根据订货协议可以配备hart或485协议通讯。

四按键普通型仪表区分：

1具有四个按键且通电后屏幕只有三排数据（累计、瞬时和频率）

2打开后盖后除接线端子（或电池）外没有其他元器件

操作说明

该线路板具有四个按键（S）、（+）、（←）和（EN）

在主界面按（+）可以切换到密码界面

密码界面按（EN）可以讲密码选中，然后按（+）（←）配合可以输入密码2010

然后进入到用户设置界面

用户设置界面（+）可以切换选项，按（EN）可以选中选项然后（+）更改参数

参数更改好后可以按（EN）确认。

（S）返回密码界面

密码2010设置项目（参考）

菜单序号

菜单显示

意义

选择项或数值范围

单位选择

流量单位选择

0：

m3/h（立方每小时）

1：

m3/m（立方每分钟）

2：

l/h（升每小时）

3：

l/m（升每分钟

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