涡街流量.docx

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涡街流量

涡街流量计

一、研究与发展

1、1878年斯特哈尔研究发现流量与流体发生的旋涡关系。

即：

斯特哈尔数St=d/V·f即：

f=St·V/d（Hz/s）其中：

f—频率St—斯特哈尔数V—流体体积d—管道内径

2、1912年冯·卡尔曼研究发现斯特哈尔数与雷诺数存在一定的函数关系（如图一），即：

St=Re（f）其中Re—雷诺系数

St

0.2

2×104Re

图一

当雷诺数大于2×104时，斯特哈尔数趋于常数。

3、1979年日本横河研发生产出第一台涡街流量计，主要为YF100系列。

4、1984年上海自动化仪表九厂引进横河技术，开始生产YF100系列涡街流量计。

5、1994年上海自动化仪表九厂与日本横河公司合资。

二、常见故障的分析处理

常见四种故障类型：

1、无流量，有信号；2、有流量，无信号；3、流量信号不稳定；4、流量计量误差较大。

（一）无流量，有信号

1、是否有振动？

故障原因：

当今世界应力式涡街流量计,都是二维空间的抗振性能.正如在原理中阐述的那样,即在流体阻力方向及漩涡升力方向能抗住外界的振动干扰,而在漩涡横向推力方向则不能（见图七）。

检测与处理：

（１）轻微振动：

处理：

①　外部机械消振措施．如用橡胶软接头，垫等消振．用支架固定管道。

②调整参数消除振动。

﹡ＣＤ型调整相关电位器。

如图二所示。

图二

调整步骤：

首先调整N.B（噪声平衡），可以调到底。

其次调整TLA，但不要调过图示位置。

最后调整db（增益），请参照使用说明书。

但最多调整二格

*CD型增益电位器出厂位置:

通径

液体

气体

ø25

3刻度

9刻度

ø40

3.5刻度

6刻度

ø50

3刻度

5刻度

ø80

2刻度

3刻度

ø100

2.5刻度

2刻度

ø150

3.5刻度

2.5刻度

ø200

3刻度

2刻度

﹡E型调整相应的参数。

H01（N.B）-5TO10↑

H02（TLA）-1TO2↑

H03（db）16档↓

DYF型调整相应的参数，前提是:

K25必须在手动状态.即MANU（01）状态

K26:

（N.B）0.0TO2.0↓

K10:

（TLA）0.1TO20.0↑

K20:

（db）0.1to20.0↓

注意:

上述参数的调整,都会影响流量的下限。

特别是增益的调整,更要逐步微调，因为对流量的下限影响最大。

（2）严重振动:

处理：

①采取强有力的抗振措施（例如：

增加橡胶软连接或橡胶软垫）

②移动安装位置

2.是否是50Hz工频干扰?

检测：

频率计测量或电流值计算方法

⑴频率计测量:

﹡CD型无论是电流输出还是脉冲输出，均可采用频率计测量方法。

⑵计算法:

无论是何种型号电流输出的转换放大器,均可采用此方法。

前提是要知道满度量程的值Qf。

如果是质量方QM或者标方Qn,则要把它们转化为体积方Qf后再计算。

这里:

Qf=QM/ρf㎥/h

如果计算出的结果是或接近50㎐,可采取如下措施:

⒜转换放大器的外壳接地螺钉可靠接地。

⒝整个转换放大器浮地。

⒞调整参数加以消除。

（N.B;TLA;db等）

3.转换放大器的输出方式是否搞错?

无论是*CD、*E输出方式搞错均会导致无流量有信号。

一般表现为要求输出电流信号而给的却是脉冲。

这是因为脉冲输出方式静态电流约8mA左右。

打开转换放大器前盖检查：

*CD型:

二根接线的为电流输出型；三根线的为脉冲型。

*E型:

硬件和软件同时设置。

*DY:

可同时输出电流和脉冲信号。

4.接线是否正确?

对于组合型，一般不会出错。

出错主要是分体型的专用电缆线接错。

而接错后一般表现为50㎐干扰。

如果在检查50㎐干扰时无论是接地或是浮地或是调整参数均不能消除的话，那么就要注意是否是接线错误。

5.放大器是否损坏?

这对于电流输出形式的要特别注意。

放大器的损坏可能会造成大于4mA的误导电流。

检测：

将放大器卸下，用电流表串入回路中通电源检查。

6.附近是否有大功率用电设备?

特别是电焊机，所产生的高频谐波将会使流量计无流量有信号。

7.接线腔是否进水?

特别是电流输出方式，正、负接线端子之间由于水的导电而形成旁路电流，造成了无流量有信号的现象.

（二）有流量无信号

1.接线是否正确？

⑴供电电源的电压是否符合要求？

*CD--------------12V~42V

*DY--------------10.5~42V

上述供电电源的功率只要大于1VA即可。

⑵电源极性是否接正确?

A.电流输出型,电源的正负接反仅为无信号，连4mA都没有。

B.脉冲输出型,输出端子P则不能接错，特别是*CD型。

C.*DY型则一定要外接电阻，否则无信号输出。

⑶分离型的专用电缆线是否连接正确?

2.供电电源的纹波系数是否太大?

检查:

用一个滤波电解电容试验，电解电容:

≥100㎌50V

3.转换放大器是否损坏?

检查:

人体信号感应判断

⑴对于电流输出型：

无信号时为４mA，有信号时＞４mA.

⑵对于脉冲输出型：

无信号时为23V或0V，有信号为11V左右。

4.发生体是否损坏?

检测：

采用电容值测量法。

常温下电容参考值（±20％）：

单位：

pF

通径

普通型

高温型

通径

普通型

高温型

15

90

100

1200

800

25

265

150

150

785

500、540

40

265

150

200

785

800、870

50

370

240

250

1400

1100、1200

80

770

500

300

2700

2400

如果在线是在高温状态下，测量值应偏大。

但一般不应超过常温下值的3倍。

5.实际工艺流量是否太小?

检查：

敲击法。

在靠近流量计的管道旁有规律地连续敲击，无论何种型号的流量计均会出现流量显示。

如果被测介质为液体，最好空管试验。

因为液体本身就是消振器。

处理：

更换通径小一些的流量计或在工艺条件允许的情况下加大流量。

6.发生体与壳体之间的间隙是否被细微颗粒卡住?

该种现象，一般出现于正常工作之后，停机又开机。

如果是这样，在确认转换放大器及发生体的压电晶片都完好无损的情况下，特别是测量介质又是液体，一般可认为是该种故障。

处理：

⑴如果生产工艺条件允许，尽可能开大流量，用一木制锤子在流量计下部的焊台上垂直敲击，以便高速流体所产生的负压将细微固体颗粒带走。

⑵现场允许拆卸清洗。

即拆下发生体，但要求熟知流量计的结构.特别是密封垫片及四个压板螺钉，一定要严格按使用说明书的要求（力矩）安装。

⑶拆卸之后重新安装的发生体，可能会对流量系数带来一些变动，那么可修正一下。

虽然其变化不大。

7.参数设定是否有误?

✱CD：

单打一，气体，液体；电流，脉冲放大器不能搞错。

气体计量用液体放大器；脉冲输出用电流放大器均会产生有流量无信号。

✱E,DY：

除了上述情况外，参数设置错误亦可造成有流量无信号。

✱Ｅ：

B02,BO4,C02,Pg5-5页短路插位置。

B08的工况条件下的最小密度设定设的太大。

✱ＤＹ：

B20,B45,C20及外挂电阻不接等。

（三）流量信号不稳定

1.安装时密封垫片是否同心?

检查:

现场观察（安装方法如图八）

处理：

重新安装

2.工艺管道是否符合要求?

漩涡流量计是一种典型的流体振荡式流量计，前后直管必须要保证。

特别是在测量气体时，不满足要求，将会产生流量信号不稳定的现象。

一般：

气体------前20后10，液体------前10后5。

但出现下列情况，就应加长前、后直管段。

气体测量上游段特殊情况前后直管段长度参考：

上游段工艺管道情况

前直管段长度

后直管段长度

调节阀

≥50D

≥10D

不同平面的两个90度弯头

≥40D

≥10D

同一平面的两个90度弯头

≥25D

≥10D

球阀

≥23D

≥10D

一个90度弯头或T字型接头

≥20D

≥10D

同心渐扩管

≥18D

≥10D

同心渐缩管

≥15D

≥10D

加装整流器

≥12D

≥10D

3.选型是否有误？

如果选型有误,常用流量在非线性区,甚至在临界死区附近，那么就可能出现流量波动。

检查处理：

工艺条件允许，加大流量，如果流量稳定了，则更换通径小一档的流量计。

４．流体是否存在液气、液固或气固两相流？

漩涡流量计只能测单相流，不能测两相流。

这是由漩涡流量计工作原理所决定的。

检查：

只能凭经验，或根据流体性质及工况压力，温度等来判断是否存在液气，液固，气固两相流。

如介质为液氨，轻胫等易挥发液体。

处理：

⑴对于液体，如果是液固两相流，一般可在流量计的上游端加装过滤器。

⑵如果是液气两相流，则可在流量计的上游端加装消气器。

5.流量计与流量调节控制系统是否产生系统振荡?

检查:

手动测试法。

将调节控制系统的阀门开度控制器打到手动档，当把阀门开到一定值，如果流量显示比较稳定或稍有些波动，那说明存在系统振荡。

处理:

重新审定PID算法或采取其他有效措施。

6.发生体与壳之间的间隙中是否有细微固体颗粒或残液结垢?

处理方法参考第６小题处理措施。

7.发生体上是否缠绕有纤维物?

如果发生体上缠绕着纤维物，它将大大减弱漩涡的涡漩力，由于漩涡的作用，纤维物随流体摆动，从而造成旋涡的波动，流量显示亦波动。

检查：

拆卸检查。

处理：

清除后重新安装。

8.转换放大器的输入通道是否损坏一路?

检查：

对比法。

（用好的放大器实验一下）

由工作原理可知，当一路信号没有之后，信噪比大大下降，背景噪声未衰减进入后面处理，尖峰脉冲将会造成流量显示的不稳定。

9.发生体的压电晶片是否损坏一片?

同样道理，压电晶片损坏一片，当然也会产生流量显示的不稳定。

检查：

测试压电晶片电容值。

10.参数设置是否有误?

智能化的仪表，其参数组态一定要正确。

对于✱CD型，电位器NB，TLA及db一定要在正确的位置。

对于✱Ｅ型，Ｂ８、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ７都会对流量显示的稳定性有着密切的影响。

对于ＤＹ型，Ｄ１０、Ｋ１０、Ｋ２０、Ｋ２６等参数都会对流量显示的稳定性产生影响。

（四）流量计量误差较大

1、所有第三大题的故障现象均是造成误差大的因素。

2、气体计量不带温压补偿，不讨论精度。

3、未用流量计之前的经验数据值是否真实可靠?

4、参数设置是否有误?

检查：

现场打开数据项查阅。

⑴对于✱CD型的累计表头，其运算电路是逻辑电路，而出厂时校验运算电路值为8888（BCD码），用户必须根据实际工况重新设置运算系数，累积表头才能准确运算。

⑵对于✱E、DY型，压力温度、介质、密度等参数一定要根据实际工况加以调整。

5.配套的二次仪表参数设置是否正确?

流量仪表的输出方式有二种，所配套的二次仪表的输入方式必须与之相对应匹配，否者将会产生误差。

⑴脉冲输入方式：

我们推荐使用该种方式，特别是计量用于贸易结算。

使用该种方式，转换器仅仅是放大作用，一切的运算均由二次仪表完成。

二次仪表只需注意流量系数设置的正确。

在高温状态下，要用工况下的流量系数Kt。

这里：

Kt＝KM×[1–4.8×10-5×（t–15）]

⑵电流输入方式：

因为是电流输入方式，所以要求流量计转换放大器内的压力，温度及量程参数一定要和二次仪表的压力，温度及量程相配，俗称对基准．基准不对，计量当然不对。

三、基本工作原理

1、定义：

在管路中插入一非流线式的对称柱体，当流体流速达到一定时，在柱体尾部产生一交替出现的旋涡，用不同的方法检测出涡的个数，以此推算出流体流量的仪器称之为旋涡流量计，又称涡街流量计。

2、重要计算公式

A1A

V1V

Dd

图三

qf=A1V1=AV

设A/A1=m则A=A1m

根据卡门理论

当d/D≤0.35时，有m=1-1.25d/D（一般要求d/D=0.28）

∵A1=πD2/4

∴A=πD2/4（1-1.25d/D）

∵f=St·V/d即:

V=d·f/St

∴qf=（πD2/4）·（1-1.25d/D）·d·f/St

令1/k=（πD2/4）·（1-1.25d/D）·d/St

∴qf=f/k

k：

流量系数单位：

p/l

标称流量系数Km：

标定介质为水，温度为15℃，密度ρ=1000kg/m3标定出的流量系数。

f=St·V/（d+Δd）

工况系数KT=Km[1-4.8×10-5（Tt-15）]

当需要温压补偿时，应采用KT

Qf=3.6f/KTm3/h即：

f=Qf×KT/3.6Hz/s

QM=Qf×（Pt+Pm）/Pm×（273.15+Tm）/（273.15+Tf）单位为：

Nm3/h即：

QM=Qf×ρf

四、基本结构

1、壳体2、发生体3、涡个数检测元件4、电信号处理器

发生体与涡个数检测元件共同构成单发生体双压电晶片的一体化元件。

引线的颜色：

A上压电晶片红色；B下压电晶片白色；C公共端黑色；发生体下部堆焊一个阻尼塞，阻尼塞是一个机械式电信号自动增益控制装置（图四）。

图四

涡街流量计属于应力式流量计，其应力部件是靠发生体感应发生体对流体的阻力，阻力大小不同由上下压电晶片电压的不同检测出，然后将信号进行处理。

具体原理框图如图五：

图五

A、B两个压电晶片属于同频、同幅、反相180º

对于不同型号的流量计采用的不同的抗干扰器：

YF100系列：

*C、*CD采用低通滤波器；*D、*E采用静态带通滤波器；*DY采用动态带通滤波器

五、选型

选型的关键：

以流量选通径，介质温度≥150℃建议采用分体型。

1、液体：

1）流体的名称；

2）流量范围（包括Qfmin、QfN、Qfmax）；

3）流体密度；

4）流体黏度；

5）腐蚀性；

2、气体：

1）流体的名称；

2）流量范围（包括Qfmin、QfN、Qfmax）；

3）压力（包括Pmin、PN、Pmax）；

4）温度（包括Tmin、TN、Tmax）；

5）腐蚀性；

3、验算：

1）采用软件计算机选型；

2）样本表格在选型样本第19页的表7、8、9，要求实际最小流量≥表格最小流量的105%；

3）公式验算：

Re≥354×QMmin/（D·μmax）=354×Qfmin·ρfmin/（D·μmax）

上式中各个量的单位为：

QM：

kg/hD:

mmQf:

m3/hμ:

cpρf：

kg/m3

六、安装

安装关键：

保证前、后直管段，避开振动源。

1、前、后直管段

前直管段作用：

对流体进行稳流、整流。

后直管段作用：

防止反射流。

液体：

前≥10D后≥5D气体：

前≥20D后≥10D

2、避开振动源

外部机械抗振，可采用橡胶软连接的办法。

（如图六）

图六

内部二维空间抗振。

（如图七）

图七

移动改位置。

3、保证密封垫片的同心度。

（如图八）

图八

4、尽可能加装旁通管路；

5、留有必要的维修空间（包括传感器安装在高架管道上，要求采用分体型）

七、应用

1、液体计量

1）一般计量，只需采用带液晶显示的流量计即可。

2）精确计量，需要加温度补偿。

3）定量加装（超精确）系统，建议采用脉冲输出。

2、气体计量建议采用脉冲输出。

3、蒸汽计量

1）饱和蒸汽建议采用压力单补偿，补偿办法采用表格法。

2）过热蒸汽采用双补偿方法，即温压补偿。

一般采用经验公式。