摘要:針對(duì)目前應力式渦(wo)街流量計 在國(guo)内石化行業使(shi)用中存在的一(yī)些問題，介紹了(le)該流量計🌈的🤩測(ce)量原理和組成(chéng)結構，指出渦街(jie)發生✨體的幾何(he)❓結構、尺寸直接(jie)影響儀表K系數(shù)标定結果🚩。從實(shí)際使用的角度(dù)分析了介☁️質的(de)流動狀況及潔(jié)淨程度、溫度等(děng)因素變化對儀(yí)表K系數的影響(xiǎng)，并提出相應對(dui)策。讨論了安裝(zhuāng)🍓環境、工藝條件(jian)以及管線配置(zhi)等方面應✊注意(yì)的問題，介紹了(le) 渦街流量計 投(tóu)入使用前在現(xian)場的測試與調(diào)試方法。
　　渦街流(liú)量計是20世紀70年(nián)代發展起來的(de)一種新型流量(liàng)測量儀表，首先(xiān)在城市供水系(xì)統中得到應用(yòng)和發展，後逐步(bu)進🥰入煉✉️油化😘工(gōng)系統。渦街流量(liang)計結構👄簡單牢(lao)固，安裝維護方(fāng)便。與孔闆流量(liang)計相比，量程範(fan)圍大可達10:1至20:1),壓(ya)力損失小的爲(wei)孔闆流量計的(de)1/4-1/2)，精度較高一般(bān)爲測量值的±1%至(zhi)±2%),适用于液體、氣(qì)體和蒸汽等多(duo)種介質的測量(liang)。在一定♉的雷諾(nuo)數範圍🏃🏻‍♂️内，輸出(chū)信号不受流體(ti)物性溫㊙️度、壓力(li)、組分、粘度)的影(ying)響,已被各行各(gè)業所廣❌泛地采(cǎi)用。
　　某煉油廠近(jìn)年來先後在70多(duo)個水、蒸汽、可燃(rán)氣體等計量回(hui)路中👅,使用了不(bú)同型号的國産(chan)和進口應力式(shì)渦街流量計🥰。渦(wō)街流量計具有(yǒu)其他流量計所(suǒ)不具備的✍️許多(duo)優點，從開☂️發到(dao)大量生産投放(fàng)市場僅20餘年，目(mu)前仍處于發🏃‍♂️展(zhan)階段，從理論和(he)實踐上來看,基(ji)礎都較差💋，在日(ri)常使用中還存(cun)在較🌏多的問題(tí)。通過分析應力(li)式渦街流量計(ji)的測量原理與(yǔ)結📐構，進一步讨(tao)論在使用中存(cún)在的問題與成(chéng)因以及相應的(de)對策。
1.測量原理(lǐ)與結構
　　渦街流(liú)量計是利用卡(kǎ)門渦街原理進(jìn)行測量的。實驗(yan)證明卡門渦街(jiē)的釋放頻率與(yǔ)流體的流動速(sù)度✊和柱狀體的(de)特征寬☁️度有關(guan)。卡門渦街釋放(fàng)頻率與流速成(chéng)正比，因此通過(guo)測量卡門渦街(jie)頻率可以求得(dé)瞬時流👣量值。
　　對(duì)于儀表内部形(xing)式固定的渦街(jiē)流量計，儀表管(guǎn)道内徑❗、旋渦👌發(fa)生體特征尺寸(cun)及斯特勞哈爾(ěr)數已定，儀表系(xi)數是确定的。因(yīn)此,隻要正确測(cè)得渦街頻率，就(jiu)可以正确地測(ce)量管🏃🏻‍♂️道中介質(zhì)的體積流量。
　　應(ying)力式渦街流量(liang)計通常由旋渦(wō)發生體、檢測元(yuán)件、儀💜表🔞表體📐和(hé)轉換器四個部(bu)分組成。金陵石(shi)化南京煉油🧑🏾‍🤝‍🧑🏼廠(chang)使❤️用的應力式(shi)渦街流量計均(jun)采用三角柱🤩旋(xuan)渦發生體該😘形(xíng)狀的旋渦發🈲生(shēng)體是目前應用(yong)最爲廣泛的一(yi)種),旋渦🔱頻率是(shi)利用封裝在旋(xuan)渦發生🐕體内部(bu)的壓💋電晶體作(zuò)爲檢測元件，借(jiè)以感受旋渦🔞分(fèn)離時交替🈚作用(yong)于旋渦發生體(ti)上不斷變化的(de)橫向升力，升力(lì)的變化頻率就(jiù)是旋渦頻率。
根(gēn)據壓電效應原(yuán)理，壓電晶體上(shàng)産生的電荷強(qiáng)度與❓橫向升力(lì)成正比，即在旋(xuan)渦發生體的形(xing)狀、尺寸以及支(zhī)承方式一定的(de)情況下，壓電電(diàn)荷強度與被測(cè)介質的密度和(hé)流速的平方成(cheng)正比。
　　應力式渦(wō)街流量計分爲(wei)滿管式和插入(ru)式兩種:滿🌍管式(shi)有法蘭🔴型、夾持(chí)型兩種安裝類(lèi)型;插入式可帶(dai)球閥或不帶球(qiú)閥安🈚裝。
　　不同廠(chang)家的轉換器電(diàn)路也不同，但其(qi)基本功能及🌐思(si)路是一緻的。交(jiāo)變電荷信号被(bèi)檢出後，首先經(jīng)高阻抗電荷放(fang)大❓器進行放大(da),再經噪聲濾波(bō),并由斯密特觸(chù)發器檢🍓波及整(zheng)形，其頻率信号(hao)即可直接作爲(wei).信号輸出;也可(ke)根據用戶要求(qiu)進行f/V和🧑🏾‍🤝‍🧑🏼V/f的轉換(huan)，産生與頻率成(chéng)正比的4-20mA模拟信(xin)号輸出。
2問題及(jí)對策
(1)僅表系數(shu)K的标定及其影(yǐng)響因素與對策(ce)儀表系數K雖然(ran)受流體流速和(hé)粘度等的影響(xiang)，但産生影響效(xiào)果的卻是這些(xiē)參數的組合一(yi)雷諾數Re,它決定(ding)了儀表系數🏃🏻K的(de)線性範圍。
　　當Re≥2x104時(shi)，在理論上儀表(biǎo)系數K是一個僅(jǐn)由儀表幾何結(jié)構、尺寸所決定(ding)的常數,不受流(liú)體溫度、壓力、密(mi)度、粘度、成分等(děng)性質‼️變化的影(yǐng)響，對于各種液(yè)體、氣體、蒸汽都(dōu)有相同的數值(zhi)。所以，理論上儀(yí)表的标定系數(shu)在基本誤差範(fan)圍内保持一緻(zhì)，具有通用性。
　　由(yóu)于目前國内許(xu)多生産廠家生(shēng)産方式不規範(fan)，無标定條件，使(shǐ)得生産的渦街(jiē)流量計的K值無(wu)法得到保證且(qiě)與🔴實際值相差(cha)較⭐大。實際使用(yong)中，影響儀表系(xì)數的因素及解(jiě)決方法叙述如(ru)下:
①流速和粘度(du)的變化
　　工業管(guan)道中絕大多數(shù)流體Re>2x104，滿足渦街(jie)流量計的正常(chang)測量範圍。如因(yīn)某種原因使💋流(liu)體的流速降低(di)和成)運動粘度(du)升高，都将導緻(zhi)Re下降。當Re<2x104時，K值會(hui)發生📧較大的變(bian)化，出現了非線(xiàn)性誤差。這在儀(yí)表選型、安裝🥰上(shang)可以🥰通過縮管(guan)來提高流速以(yi)增大Re值。當管徑(jìng)縮小爲原來的(de)1/n,Re可提高n倍。其次(ci),因液體運動粘(zhān)度是溫度的函(hán)數，當溫✊度升高(gāo)時粘度下降，同(tong)樣可使Re增大，從(cong)而确保正常流(liú)量落在儀表量(liàng)程下限之上。
②堆(duī)積
　　如果被測介(jie)質中存在粘性(xìng)顆粒物質或夾(jia)雜較多纖維👄狀(zhuang)🐕物質，則可能會(huì)逐漸堆積在三(san)角柱發生體迎(ying)流面上,使其幾(jǐ)何形狀尺寸發(fā)生變化,使儀表(biǎo)系數K也随之變(bian)化,産生附加測(ce)量誤差。爲🏃了減(jiǎn)小這個誤差，在(zài)條件允許的情(qing)況下,可定期清(qīng)除堆積物或對(duì)被測介質進行(háng)預處理。
③磨損
　　如(rú)果三角柱發生(sheng)體兩棱邊因某(mou)種被測介質作(zuo)用而✏️受到磨損(sǔn)，雖然儀表系數(shu)K對邊緣尖銳度(dù)的變化🐕不像孔(kǒng)闆流量計那樣(yàng)敏感，但也會引(yin)起附加誤差✉️。這(zhe)就要👣求定期校(xiào)驗或更換一次(ci)表。
④溫度變化
　　儀(yí)表系數K通常在(zài)常溫20℃左右)下标(biāo)定,如果被測介(jie)質的溫度較高(gao)或較低,與常溫(wen)相差較大，造成(cheng)流通面積變化(huà)而引起🍉附加誤(wu)差，因此對儀表(biao)系數K必須進行(hang)補償修正。根據(ju)固體熱膨脹定(dìng)律可得到修正(zheng)系數K,的表達式(shì):
Kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式中:t-被測流體(ti)的溫度;a-儀表發(fa)生體材質對應(ying)的系數(不鏽鋼(gang)㊙️、鑄🔞鐵a=4.88,哈氏合金(jīn)鋼C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正後的(de)儀表系數爲
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計(jì)算表明，當t>100℃或t<100℃時(shi),有必要.進行此(ci)項修正。
(2)安裝中(zhōng)存在的問題及(ji)其對策
　　應力式(shì)渦街流量計是(shi)依據流體力學(xué)振動現象中振(zhèn)動頻率與流速(su)的對應關系工(gong)作。它對管道流(liú)速分布畸變、流(liú)動脈動💔及旋轉(zhuǎn)流十分敏感，同(tóng)時由于其感.測(ce)元件爲壓電晶(jing)體，各種🏒機械振(zhen)動對輸出信号(hao)幹擾較大,僅表(biao)抗振性差。因此(ci)現場安⛹🏻‍♀️裝條件(jiàn)要求較高。
　　爲了(le)達到測量精度(dù)，渦街流量計必(bi)須保證一定的(de)前後直管段,并(bing)盡量避免在靠(kao)近調節閥、半開(kai)閥和㊙️.截止閥後(hòu)安裝流量計;測(cè)壓點和測溫點(dian)應分别在下遊(you)側距流量計中(zhōng)心♌線3.5D~5.5D和6D-8D;。
　　渦街流(liu)量計的表體安(an)裝不良，如接管(guǎn)偏大、偏小、偏移(yí)有台階)或墊片(pian)突入管道都會(hui)引起測量誤差(cha)。配管内徑一般(ban)應等于或略大(da)于流量計的内(nèi)徑。如配管的實(shí)際内徑🌈略小于(yu)流量計的内徑(jìng)5%以内),雖不會影(ying)響僅表的固有(yǒu)K系數，但因流通(tong)面積突變引起(qǐ)表觀流速變化(hua)而産生附加測(cè)量誤差，這可以(yǐ)通過修正K系數(shu)來補🛀償。修正後(hòu)的儀表系數爲(wèi)
K"=K（D2/D1）2
式中:Dt-儀表實際(jì)内徑;D2-配管實際(ji)内徑。
　　當測量容(róng)易汽化的液體(tǐ)或工作條件接(jiē)近臨界狀💯态的(de)液👣體時🛀,爲防止(zhǐ)氣穴現象出現(xiàn)，設計安裝時必(bi)須确認管道内(nèi)的最💯低壓力P'，這(zhe)樣才能保證渦(wō)街流🌈量計正🌈常(chang)工作。p由下式計(ji)算:
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式中:p-管道内(nèi)流體絕對壓力(li)，MPa;△p-流體在.發生體(ti)前後的🔞壓差👉，MPa;po-在(zai)工作溫度下流(liú)體的飽和蒸汽(qi)壓，MPa;ρ--工作條件下(xia)流體的密度，kg/m³，V-流(liu)動流體的流速(sù),m/s.
儀表使用中還(hai)要注意以下問(wèn)題:
①安裝渦街流(liú)量計的位置要(yào)遠離動力設備(bèi)和變化頻繁的(de)閥門，如管線振(zhèn)動較大，應在流(liu)量計前、後2D處加(jia)裝固定🤩支架以(yi)鹹振;
②如管道流(liú)體的流速不穩(wěn)，可考慮在管線(xian)上增加穩🌏壓裝(zhuāng)置或整流器來(lai)消除流速分布(bu)的不均勻現象(xiàng);
③由于壓電晶體(ti)的靈敏度随溫(wen)度升高而大幅(fú)度下👄降，應避免(mian)在🏒測量高溫介(jiè)質（≤250℃),特别是高低(di)溫頻繁變化的(de)介質中使用;
④流(liu)量計的安裝位(wèi)置應避開較強(qiáng)的熱源、電場及(jí)磁場,盡量選擇(ze)較好的工作環(huán)境。
(3)現場調試中(zhōng)存在的問題及(jí)對策
　　由于應力(li)式渦街流量計(jì)使用時受現場(chǎng)安裝條件🔞、環境(jìng)條🏃🏻‍♂️件、所測介質(zhì)的實際流動狀(zhuang)況和流量計的(de)自身因素等各(gè)方面影響很大(dà),必須進行現場(chang)調試,把各種因(yin)素的影響降到(dào)最低🍓。方法如下(xia):
①應力式渦街流(liú)量計發生體中(zhōng)封裝的壓電晶(jīng)體有單片🔞和雙(shuang)✂️片🔅裝兩種，它們(men)通過專用引線(xian)接入到轉換器(qi)💋輸入端。斷開接(jiē)點，用萬用表檢(jian)測每兩根引線(xiàn)之間、每💯根引線(xian)與表殼之間的(de)電阻值應≥20MQ.若有(yǒu)電阻值則說明(míng)⛱️探頭性能下降(jiàng);若爲電阻值爲(wèi)幾十千歐以下(xia)，則說明探頭可(kě)能損壞或專用(yong)引☎️線受潮、被腐(fu)蝕。
②上述檢測均(jun)正常,再用物體(ti)輕敲探頭或表(biao)體，用示波器🈲可(ke)觀察到不規則(ze)正弦波，或用萬(wàn)用表交流電壓(ya)擋可測量到幅(fu)值100~200mV的交變信号(hào)，則說明探頭完(wán)好。
③NB調整時使用(yòng)示波器一邊觀(guān)察電荷放大器(qì)輸出端的🐪信号(hao)✔️波⭐形㊙️，一邊進行(háng)調整。在流量爲(wèi)零時最易調整(zhěng),在小流量時🐉皎(jiao)體流速<0.5m/s,氣體或(huo)蒸汽流速<8m/s)調整(zhěng)也🧑🏽‍🤝‍🧑🏻可行。如用萬(wan)用表調整，在流(liú)量🤞爲零時使脈(mo)沖輸出爲零或(huò)電流輸出爲4mA。
④TLA調(diào)整起抑制振動(dong)等幹擾的作用(yòng)。在NB調整效果不(bú)明顯時，需進行(háng)TLA調整。TLA調整原則(zé)上使用示波器(qi)一邊觀察有源(yuán)濾波電路的輸(shū)出端及脈沖放(fang)大電路的輸出(chu)端的💁信号波形(xing)，一邊進行調整(zhěng);在流量爲零時(shi)調整至脈沖♍輸(shū)出爲零;在小流(liu)量時液體流速(su)<0.5m/s,氣體或🐪蒸汽流(liú)速<8m/s)調💛整至脈沖(chong)輸出爲規則的(de)方波。
　　現場調整(zheng)非常重要，同時(shí)也應該注意檢(jiǎn)查儀表的接地(dì)是否完好，電源(yuán)的電壓是否在(zài)規定的範圍内(nei)，負載♉電阻大小(xiǎo)，電纜線連接和(hé)絕緣性是否符(fu)合要求等。

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