摘要:介紹了渦街流量計的特點，說明了渦街是如何形成的以及渦街流量計的工作原理,對渦街流量計在現(xiàn)場使用過程中的一些故障現(xiàn)象分成四大類進(jìn)行了歸納,相應(yīng)提出了對故障原因的分析,指出了處理故障的辦法和渦街流量計使用中的注意事項。
0引言
渦街流量計主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小，儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號，也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種理想的測量儀器。
1渦街流量計的工作原理與結(jié)構(gòu)
1.1工作原理
當(dāng)流體流動受到一個垂直于流動方向的非流線形柱體的阻礙時,柱體的下游兩側(cè)會發(fā)生明顯的漩渦，成為卡門渦街，渦街的形成與流體雷諾數(shù)有關(guān),如圖1。
漩渦分離的頻率與流速成正比，與漩渦發(fā)生體的寬度成反比,可以用下式表示:
F=St.·V/d
式中F-漩渦分離頻率
St一無量綱常數(shù)(斯特勞哈爾)
V-漩渦發(fā)生體的流速
d-漩渦發(fā)生體的迎流面寬度
通過測量漩渦的分離頻率便可測出流體流速和瞬時流量。斯特勞哈爾數(shù)St是可以通過實驗確定的無量綱常數(shù)。無量綱常數(shù)St與類諾數(shù)Re函數(shù)關(guān)系中的線性部分，即渦街流量計的線性測量范圍,檢測出頻率F即可求得管內(nèi)流體的速度,再由流速求出體積流量。一段時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)與流體的體積之比(流過單位體積流體對應(yīng)的脈沖數(shù))稱儀表系數(shù)(K系數(shù)。
K=N/Q
式中K一儀表系數(shù)(脈沖/m3)
N-脈沖數(shù)
Q-流體體積(m3)
用于測量流量的漩渦分離頻率隨流速變化而變化，不受流體密度和粘度的影響。伴隨漩渦分離而產(chǎn)生的壓力脈動由壓電力敏探頭檢測出,并在檢測電路中被轉(zhuǎn)換成與漩渦頻率相對應(yīng)的脈沖信號,信號轉(zhuǎn)換器將此脈沖信號變換成4--20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。
1.2結(jié)構(gòu)
渦街流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成,如圖2。傳感器包括漩渦發(fā)生體(阻流體)、檢測元件和儀表表體等;轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D/A轉(zhuǎn)換電路輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。
2常見故障分析和處理措施
2.1管道有流量儀表無輸出
可能造成這種故障的原因和對應(yīng)的解決辦法如下:
(1)可能的故障原因是電源出現(xiàn)故障或供電電源未連接。因此要檢測電源電壓是否符合要求及電源極性是否正確。如電流輸出型渦街流量計，如果出現(xiàn)電源極性接反,輸出電流為0mA而不是4mA。
(2)可能的故障原因是連接電纜斷線或者接線錯誤。需要檢測線路是否暢通,如有故障,重新接線并檢測。
(3)可能的故障原因是供電電源的波紋系數(shù)太大。檢查時可以用一個濾波電解電容進(jìn)行試驗，一般要求電容≥100μF,50V。
(4)可能的故障原因是放大板某級有故障。可以通過觀察放大器輸入、輸出端的波形，或從輸人端注入人體感應(yīng)信號,觀察輸出端的變化情況。如果輸出端沒有變化，則說明放大器工作不正常。實際檢修中也可以利用現(xiàn)場有的其他類型流量計主板更換進(jìn)行檢查。確定放大極板有故障，應(yīng)當(dāng)予以更換。
(5)可能的故障原因是發(fā)生體的損壞。檢測的方法首先增大流量,把此渦街主板換置同類型渦街流量計上,如排除主板故障,檢查發(fā)生體。
發(fā)生體損壞多出現(xiàn)在蒸汽測量系統(tǒng)中,由于工藝人員打開閥門速度過快,使高溫高壓水蒸氣夾帶冷凝水劇烈沖擊漩渦發(fā)生體，導(dǎo)致其損壞,也就是常說的“水錘”現(xiàn)象。所以要打開導(dǎo)淋排盡冷凝水后再緩慢打開蒸汽閥門,避免損壞漩渦發(fā)生體。
(6)可能的故障原因是管道流量過低,沒有進(jìn)入測量范圍。可以增大流量看流量計的反應(yīng)。在靠近流量計的管道旁有規(guī)律地連續(xù)敲擊,無論何種型號的流量計均會出現(xiàn)流量顯示。如果被測介質(zhì)為液體,最好空管試驗,因為液體本身就是消振器。故障處理的方法是更換通徑小一些的流量計或在工藝條件允許的情況下加大流量。
(7)可能的故障原因是發(fā)生體與殼體之間的間隙是否被細(xì)微顆粒卡住。該種現(xiàn)象一般出現(xiàn)于正常工作之后,停機又開機。如果是這樣，在確認(rèn)轉(zhuǎn)換放大器及發(fā)生體都完好無損的情況下,特別是測量介質(zhì)又是液體,一般可認(rèn)為是該種故障。處理的方法是如果生產(chǎn)工藝條件允許,盡可能開大流量,用一木制或橡皮錘子在流量計下部的焊臺上垂直敲擊,以便高速流體所產(chǎn)生的負(fù)壓將細(xì)微固體顆粒帶走。如果現(xiàn)場允許拆卸清洗,可以拆下發(fā)生體,但要求熟知流量計的結(jié)構(gòu),特別是密封墊片及壓板螺釘?shù)?一定要嚴(yán)格按使用說明書的要求安裝。同時要注意拆卸之后重新安裝的發(fā)生體,可能會對流量系數(shù)帶來一些變動,雖然其變化不大,但需要修正。
(8)對照說明書檢測參數(shù)設(shè)置是否有錯誤，如果有,予以修正。
2.2通電后無流量但是有輸出
(1)檢測是否有振動。絕大多數(shù)渦街流量計,都具有二維空間的抗振性能。即在流體阻力方向及漩渦升力方向能抗住外界的振動干擾,而在漩渦橫向推力方向則不能。如圖3.
最直接的檢測方法是用手感覺管道的震蕩。可以采用外部機械消振措施,如用橡膠軟接頭、墊等消振,用支架固定管道。另外很多廠家在設(shè)計渦街流量計的時候也考慮到了防振動的需求,調(diào)整一些參數(shù)設(shè)置也可以減輕振動對測量結(jié)果的影響,但要注意這些參數(shù)設(shè)置對流量計流量上下限的影響。
(2)檢測輸出是否為50Hz左右的工頻干擾,可以用頻率計進(jìn)行檢測。處理的方法是選用帶屏蔽的電纜重新按規(guī)定接線。
(3)檢測輸出頻率為任意恒定頻率或者恒定輸出電流值,可能的故障原因是放大板損壞，產(chǎn)生自激。處理的方法是更換放大板。
(4)檢測流量計附近是否有強電設(shè)備或高頻干擾。特別是電焊機所產(chǎn)生的高頻諧波將會使流量計無流量有信號。
(5)檢測接線腔是否進(jìn)水。特別是電流輸出方式的渦街流量計,正、負(fù)接線端子之間由于水的導(dǎo)電而形成旁路電流,可能造成了無流量有信號的現(xiàn)象。
(6)可能的故障原因是放大板的放大倍數(shù)或觸發(fā)靈敏度過高。解決的方法是調(diào)試放大倍數(shù)和靈敏度,觀察對輸出的影響,做出必要的調(diào)整。
(7)可能的故障原因是管道閥門未徹底關(guān)閉,有漏流量。此時需要在現(xiàn)場檢查壓力和閥門關(guān)閉情況。
2.3流量輸出不穩(wěn)定
(1)可能的故障原因是流量計安裝不同心。檢測的方法是拆下儀表檢查法蘭與管道的位置,如果是由于安裝不同心引起的,重新安裝儀表。
(2)可能的故障原因是直管段不夠或者管道內(nèi)徑與儀表內(nèi)徑不一致。需要檢測管道內(nèi)徑和儀表內(nèi)徑,有必要時更換儀表安裝位置或加長前、后直管段。
(3)可能的故障原因是儀表選型不合適。如果選型有誤,常用流量在非線性區(qū),甚至在臨界死區(qū)附近,那么就可能出現(xiàn)流量波動。在工藝條件允許的情況下,加大流量，如果流量穩(wěn)定了，則更換通徑小一檔的流量計。
(4)可能的原因是流體中存在液氣、液固或氣固兩相流。渦街流量計只能測單相流，不能測兩相流,這是由漩渦流量計工作原理所決定的。檢測時一般憑經(jīng)驗,或根據(jù).流體性質(zhì)及工況壓力、溫度等來判斷是否存在液氣、液固、氣固兩相流。如介質(zhì)為液氨,輕脛等易揮發(fā)液體時,容易出現(xiàn)此類現(xiàn)象。對于液體，如果是液固兩相流，一般可在流量計的.上游端加裝過濾器。如果是液氣兩相流，則可在流量計的.上游端加裝消氣器。
(5)可能的故障原因是流量計與流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩。將調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的閥門開度控制器打到手動檔,當(dāng)把閥門開到一定值，如果流量顯示比較穩(wěn)定或稍有些波動,那說明存在系統(tǒng)振蕩。一般處理的方法是重新整定PID參數(shù)。
(6)可能的故障原因是發(fā)生體上纏繞有纖維物。如果發(fā)生體上纏繞著纖維物，它將大大減弱漩渦的渦漩力,由于漩渦的作用,纖維物隨流體擺動,從而造成漩渦的波動，流量顯示亦波動�？梢圆鸪龣z測,清理后重新安裝。
(7)可能的故障原因是轉(zhuǎn)換放大器的輸入通道損壞一路。由工作原理可知,當(dāng)一路信號沒有之后,信噪比大大下降,背景噪聲未衰減進(jìn)入后面處理,尖峰脈沖將會造成流量顯示的不穩(wěn)定�？梢詮妮斎攵俗⑷肴梭w感應(yīng)信號,用以觀察輸出端的變化情況。實際檢修中也可以利用現(xiàn)場有的其他類型流量計主板更換進(jìn)行檢查。確定有故障,應(yīng)當(dāng)予以更換。
(8)可能的故障原因是儀表參數(shù)設(shè)置錯誤。對照說明書檢測各項參數(shù),如有錯誤重新設(shè)置。
2.4流量計量誤差較大
2.3中提到的各項故障原因也都有可能是流量計量誤差大的因素。此外，還有可能是以下原因造成的故障。
(1)測量氣體或者蒸汽沒有實時溫度補償或固定設(shè)置溫度壓力進(jìn)行補償。處理的方法是加裝溫壓補償元件或者設(shè)置固定值補償。
(2)測量蒸汽時飽和蒸汽不是飽和狀態(tài)。處理的方法是檢測工藝流程,改變工藝條件。
(3)檢查配套的二次儀表參數(shù)設(shè)置是否正確。配套的.二次儀表的輸入方式必須與流量計相對應(yīng)匹配,否者將會產(chǎn)生誤差。
3結(jié)束語
通過長期的工作實踐證明，只要對渦街流量計的原理、結(jié)構(gòu)、性能有了全面深入的了解，加上工作經(jīng)驗的輔助,就會有應(yīng)付各種故障情況的方法，讓渦街流量計成為流量測量的得力助手。同時對常見故障情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析和整理，也有利于對常見故障現(xiàn)象有更深層次的認(rèn)識,為今后的使用和維護(hù)打下更堅實的基礎(chǔ)。
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