渦街流量計(jì)的技術(shù)分析

   渦街流量計(jì)常用于蒸汽的測(cè)量，蒸汽作為重要的二次能源用途非常廣泛，蒸氣流量的準(zhǔn)確計(jì)量和蒸汽流量計(jì)的選型、安裝有著非常密切的聯(lián)系.我們選取目前市場(chǎng)上應(yīng)用非常廣泛的渦街流量計(jì)作為分析對(duì)象.

渦街流量計(jì)主要由以下四個(gè)部分組成:(1)渦街流量傳感器.(2)壓力變送器.(3)溫度鉑熱電阻.(4)流量積算儀.作為貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具，以上四件計(jì)量器具都需要選型合適、強(qiáng)制檢定合格、安裝正確方可進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算使用.渦街流量傳感器的工作原理是卡曼渦街原理.在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體(阻流件)，當(dāng)有氣流通過(guò)時(shí)，從旋渦發(fā)生體下游兩側(cè)產(chǎn)生有規(guī)律的交替排列的旋渦，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)(2×104~7×106)，該旋渦的頻率與旋渦發(fā)生體的幾何尺寸、管道的幾何尺寸有關(guān)，旋渦的頻率正比于流量.此頻率可由探頭檢出.

式中:b—阻流件的寬度，m;

u—流經(jīng)流量計(jì)的平均流速，m/s;

f—旋渦的頻率，Hz;

r—斯特羅哈爾常數(shù).

一般用戶選擇在市場(chǎng)上購(gòu)買渦街流量傳感器時(shí)，要購(gòu)買有○MA標(biāo)志的渦街流量傳感器.即取得中華人民共和國(guó)計(jì)量器具制造許可證的企業(yè)生產(chǎn)的渦街流量傳感器.如果流量計(jì)是用于貿(mào)易結(jié)算，屬于強(qiáng)制檢定.使用前應(yīng)送至當(dāng)?shù)赜?jì)量部門檢定，檢定合格方可安裝使用.檢定參照J(rèn)JG1029-2007《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》.

用戶在購(gòu)買渦街流量計(jì)前，首先要做的是選型.選擇一款適合的渦街流量計(jì)非常重要.渦街流量傳感器口徑從DN15至DN300，由于渦街流量傳感器口徑越大儀表系數(shù)越小，頻率分辨率越低，準(zhǔn)確度也越差，因此選型口徑一般不宜大于DN300.不同口徑流量計(jì)量程大小不一.應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際使用情況合理配置渦街流量計(jì).首先要確定蒸汽大概的用量.其次要確定管道內(nèi)蒸汽是過(guò)熱蒸汽還是飽和蒸汽.后要知道管道內(nèi)蒸汽的狀態(tài)，比如壓力和溫度，渦街流量計(jì)型號(hào)，合理配置壓力變送器和溫度鉑熱電阻.通過(guò)儀表說(shuō)明書可以查詢到不同口徑儀表的流量測(cè)量范圍.

渦街流量計(jì)表1.

在實(shí)際使用的過(guò)程中，所謂儀表超量程工作，實(shí)際上是儀表超流速運(yùn)行.即氣體通過(guò)渦街流量傳感器的流速過(guò)快，而導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確.下面以一只為DN200的渦街流量傳感器為例:

流量計(jì)測(cè)量范圍

管道截面積:S1=πR2=3.14×0.12=0.0314m2

阻流體截面積:S2≈2R×b=0.2×0.056=0.0112m2

渦街流量傳感器的截面積:S=S1-S2=0.0202m2當(dāng)流量為4000m3/h時(shí)，此時(shí)通過(guò)氣體渦街流量傳感器的流速υ:

公式1

當(dāng)流量為400m3/h時(shí)，此時(shí)氣體通過(guò)渦街流量傳感器的流速υ:

公式2

渦街流量計(jì)在測(cè)量蒸汽時(shí)，不要超出儀表的上限流速.上限流速受介質(zhì)可壓縮性質(zhì)的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制，建議擇渦街流量計(jì)正常流量在正常流量范圍的1/2~2/3之間.

渦街流量計(jì)安裝正確與否直接影響其準(zhǔn)確計(jì)量.安裝儀表時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):一、安裝應(yīng)符合儀表使用說(shuō)明書的要求，保證渦街流量傳感器上、下游直管段的長(zhǎng)度.二、上、下游配管內(nèi)徑應(yīng)與傳感器內(nèi)徑相同.三、配管應(yīng)與傳感器同心.四、密封墊不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比傳感器內(nèi)徑大1mm~2mm.五、傳感器安裝場(chǎng)所應(yīng)盡量避開(kāi)振動(dòng)源，加裝管道支撐物是有效的減震方法.六、電氣安裝應(yīng)注意傳感器與轉(zhuǎn)換器之間采用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接，其距離不應(yīng)超過(guò)使用說(shuō)明書的規(guī)定，布線時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，應(yīng)盡量用單獨(dú)金屬套管保護(hù).應(yīng)遵循"一點(diǎn)接地"原則.整體型和分離型都應(yīng)在傳感器側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼接地點(diǎn)應(yīng)與傳感器"同地".這樣可以有效地避免雷擊對(duì)儀表造成傷害.

溫度鉑熱電阻和壓力變送器的安裝位置應(yīng)遵循JJG1029-2007《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》7.1.1.4和7.1.15要求，溫度測(cè)量位置設(shè)在流量計(jì)下游(2~5)D處(D為管道直徑)，壓力測(cè)量位置應(yīng)在流量計(jì)下游側(cè)(2~7)D處.取壓孔軸線應(yīng)垂直于測(cè)量管軸線直徑為(4~12)mm.溫度鉑熱電阻和壓力變送器的安裝方式應(yīng)遵循G093-2002《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》4.2、4.3及5.4的要求.壓力取源部件與溫度取源部件在同一管段上時(shí)，壓力應(yīng)安裝在溫度取源部件的上游側(cè).

當(dāng)測(cè)量蒸汽時(shí)壓力取源部件應(yīng)帶有環(huán)型或U型冷凝管.測(cè)量低壓的壓力變送器的安裝高度，宜與取壓點(diǎn)的高度一致.下圖為壓力變送器四種安裝方式:

安裝方式一定要對(duì)壓力進(jìn)行補(bǔ)償.不建議的方式安裝，因?yàn)闊o(wú)法確定P"與P的關(guān)系.而一般在儀表的說(shuō)明書中大都方式來(lái)安裝

蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過(guò)熱蒸汽經(jīng)常會(huì)轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽，形成汽液兩相流介質(zhì)。對(duì)于相流的經(jīng)常變化的蒸汽，使用目前流量?jī)x表測(cè)量氣流量，肯定會(huì)存在測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(guò)熱度，盡量減少蒸汽的含水量，例如加強(qiáng)蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。

渦街流量計(jì)

   渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，渦街流量計(jì)廠商，由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹，現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，吉林渦街流量計(jì)，已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，將在未來(lái)流量?jī)x表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。

1、渦街流量計(jì)與孔板流量計(jì)目前的技術(shù)水平

　　渦街流量主的基本結(jié)構(gòu)由渦街發(fā)生體、檢測(cè)元件、信號(hào)處理放大電路組成，目前對(duì)于渦街發(fā)生體的研究已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，以三角型發(fā)生體為比較佳型體，檢測(cè)元件有熱敏電阻、應(yīng)變片、壓電晶體、差動(dòng)電容、超聲波等。信號(hào)處理部分有許多已微機(jī)化。渦街流量計(jì)具有安裝方便(可直接在管道上安裝)、體積小、互換性強(qiáng)、長(zhǎng)期運(yùn)行精度高，可適用于大多數(shù)液體、氣體和蒸氣測(cè)量。目前世界市場(chǎng)渦街流量計(jì)的銷售額每年遞增30%左右?！　?/p>

　　孔板節(jié)流裝置由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低、可*等優(yōu)點(diǎn)，渦街流量計(jì)出售，它幾乎適用于所有介質(zhì)測(cè)量，而與之配套的差壓變送器發(fā)展迅速，使其本身具有的不足得以彌補(bǔ)?！?/p>

　　2、渦街流量計(jì)與孔板流量計(jì)綜合性能評(píng)價(jià)　

　　孔板流量計(jì)(簡(jiǎn)稱孔板)由節(jié)流件取壓裝置和差壓變送器組成，導(dǎo)壓管對(duì)于易凍的場(chǎng)所需要有伴熱措施，一個(gè)流量測(cè)量回路靜密封點(diǎn)為20個(gè)左右，使用中存在如下問(wèn)題：　

　　易凍、易堵、易漏、伴熱容易造成差壓變送器器件老化、某些場(chǎng)合導(dǎo)壓管需加隔離液，由于伴熱或工藝操作不穩(wěn)，正、負(fù)導(dǎo)壓管隔離液液線常常不等，產(chǎn)生液柱差，使流量指示不準(zhǔn)?！?/p>
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