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渦街流量計測量氣體工作原理

文章日期:2019-07-13|閱讀數:



一、產品特點、用途和適用范圍

1.1產品特點
渦街流量計是根據卡門渦街原理研究生產的,主要用于工業管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。
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、粘度等參數的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小。儀表參數能長期穩定。渦街流量計采用高精度傳感器,可靠性高,可在-40℃~+400℃的溫度范圍內工作。
有模擬標準信號,也有數字脈沖信號輸出,容易與計算機等數字系統配套使用,是一種比較先進、理想的測量儀器。
1.2主要用途
渦街流量計可用來測量封閉管道中流體的體積流量。廣泛應用于工業生產過程、能源計量、環境保護、交通運輸、食品生產等多個行業的氣體、液體和蒸汽測量與計量。

二、工作原理

在流體中設置非流線型旋渦發生體(阻流體),則從旋渦發生體兩側交替地產生兩列有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼旋渦,如圖(一)所示。                          
渦街流量計測量氣體工作原理
圖(一)
在旋渦發生體下游形成交替有規律的旋渦列。設旋渦的發生頻率為f,被測介質來流的平均速度為V,旋渦發生體迎流面寬度為d,根據卡曼渦街原理,有如下關系式:

                         f=StV/d                 公式(1)
式中:
f-發生體一側產生的卡門旋渦頻率HZ
St-斯特勞哈爾數(無量綱數)
V-流體的平均流速 (m/s)
d-旋渦發生體的寬度 (m)
 
由此可見,通過測量卡曼渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中,斯特羅哈爾數(St)是無因次未知數,
圖(二)表示斯特勞哈爾數(St)與雷諾數(Re)的關系。
 
渦街流量計測量范圍 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                    
圖(二)
在曲線表中St=0.17的平直部分,漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率f就可以求得管內流體的流速,由流速V求出體積流量。所測得的脈沖數與體積量之比,稱為儀表常數(K),見式(2)
                        K=3600f/Q(1/m³)              公式(2)
式中:K=儀表常數(m-3)。
      f=脈沖個數
      Q=體積流量(m³)

三、技術指標

主要技術指標
公稱通徑(mm) 15、20、25,40,50,65,80,100,125,150,200,250,300,(300~1000插入式)
公稱壓力(MPa) DN15-DN200 4.0(>4.0協議供貨),DN250-DN300 1.6(>1.6協議供貨)
介質溫度(℃) 壓電式:-40~150,-40~260,-40~330;電容式: -40~400(協議訂貨)
本體材料 1Cr18Ni9Ti,(其它材料協議供貨)
允許振動加速度 壓電式:0.2g      電容式:1.0~2.0g
精確度 ±1%R,±1.5%R;插入式:±2.5%R,
范圍度 1:6~1:25
供電電壓 傳感器:DC +12V,DC +24V;變送器:DC +12V ,DC +24V;電池供電型:3.6V電池
輸出信號 脈沖:高電平≥5V,低電平≤1V;電流:4~20mA
壓力損失系數 符合JB/T9249標準 Cd≤2.4
防爆標志 本安型:Ex iaⅡ CT2-T4隔爆型:ExdⅡCT2-T5
防護等級 普通型IP65     潛水型 IP68
環境條件 溫度-20℃~55℃,相對濕度5%~90%,大氣壓力86~106kPa
適用介質 氣體、液體、蒸汽
傳輸距離 三線制脈沖輸出型:≤300m,兩線制標準電流輸出型 (4~20mA) ≤1500m;負載電阻≤500Ω;  RS485/HART≤1200m.
 
 

四、儀表流量范圍

4.1 參比條件
1.氣體:常溫常壓空氣,t=20℃,P=0.1MPa(絕壓),ρ=1.205 kg/m3,υ=15×10-6 m2/s。
2.液體:常溫水,t=20℃,ρ=998.2kg/m3,υ=1.006×10-6m2/s。
4.2參比條件下渦街流量傳感器工況流量參考范圍表 
注:表中(300)~(1000)口徑為插入式

儀表口徑
(mm)
液體 氣體
測量范圍
(m3/h)
輸出頻率范圍
(Hz)
測量范圍
(m3/h)
輸出頻率范圍
(Hz)
15 0.3~5 35~450 4~20 300~1600
20 0.6~10 29~380 6~30 230~1200
25 1.2~16 25~320
 
8~55 170~1100
32 1.8~20 18~200 10~120
20
100~1180
40 2~40 10~190 27~205 130~1040
50 3~60 8~150 35~380 94~920
65 4~85 6~120 60~640 90~910
80 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) 協議   協議  
 
 

五、儀表外觀分類及尺寸規格

5.1儀表外觀分類
 

一體式渦街流量計    法蘭卡裝式渦街
     將配對法蘭焊接管道上,將儀表安裝在配對法蘭的卡槽內,用貫穿螺栓緊固法蘭夾緊儀表,是最常見的一種儀表安裝方式。
   法蘭連接式渦街
    通過表體焊接法蘭,使用時與管道原有法蘭通過螺栓直接相連,也是常見儀表安裝方式之一。
插入渦街流量計   球閥插入式渦街
   球閥插入式渦街是插入式渦街的一種,通過加裝球閥來保證儀表拆卸后能夠不影響管道內通氣使用,一般大口徑插入式采用此儀表較多。
插入式渦街流量計廠家  簡易插入式渦街
   簡易插入式渦街不配備球閥,相對比較輕便,一般使用過程中維護較少,適合測量大口徑比較清潔的介質。
 
注:其他特殊結構可以協議溝通定制
渦街流量傳感器結構5.2常見儀表結構
 
儀表常見結構如左圖
1:為儀表表頭,內部安裝智能處理器,并且是儀表接線部位,根據訂貨協議配有不同類型的智能處理器。
2:為壓力傳感器,用來采集介質壓力,根據訂貨協議要求不同來決定是否安裝傳感器和傳感器能采集的壓力大小。
3:為儀表屏蔽連接桿,用來連接表頭和表體部件
4:為儀表表體部件,內部安裝發生體和流量傳感器,根據訂貨協議決定口徑和傳感器類型
 
5.3常見儀表尺寸(中溫帶壓力補償儀表高度C等同高溫型CH)

卡裝式渦街流量計尺寸 
口徑(mm) A B C CH(高溫型)
DN15-32 70 55 385 445
DN40 85 80 410 470
DN50 85 90 420 480
DN65 85 105 435 495
DN80 85 120 450 510
DN100 85 140 470 530
DN125 85 168 498 558
DN150 100 194 524 584
DN200 100 248 578 638
DN250 115 300 630 690
DN300 130 350 680 740
卡裝式渦街
 
 
法蘭式渦街流量計尺寸 
口徑(mm) A B C CH(高溫型)
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
法蘭連接型渦街
 
 
 
口徑(mm) DN250 DN300 DN400 DN500 DN600 DN800-2000
L 680 705 755 805 855 905-
1555
 
 
 
 
球閥插入式渦街
 
 
 
 


 
口徑(mm) DN250 DN300 DN400 DN500 DN600 DN800-
2000
L 255 280 330 380 430 530-1130
 
 
 
 
簡易插入式渦街
 
 

六、儀表安裝

6.1儀表安裝環境要求
1. 盡可能避開強電設備、高頻設備、強開關電源設備。儀表的供電電源盡可能與這些設備分離。
2. 避開高溫熱源和輻射源的直接影響。若必須安裝,須有隔熱通風措施。
3. 避開高濕環境和強腐蝕氣體環境。若必須安裝,須有通風措施。
4. 渦街流量儀表應盡量避免安裝在振動較強的管道上。若必須安裝,須在其上下游2D處加設管道緊固裝置,并加防振墊,加強抗振效果。
5. 儀表最好安裝在室內,安裝在室外應注意防水,特別注意在電氣接口處應將電纜線彎成U形,避免水順著電纜線進入放大器殼內。
6. 儀表安裝點周圍應該留有較充裕的空間,以便安裝接線和定期維護。
 
6.2儀表管道安裝要求:
渦街流量儀表對安裝點的上下游直管段有一定要求,否則會影響介質在管道中的流場,影響儀表的測量精度。
儀表的上下游直管段長度要求見圖  DN為儀表公稱口徑  單位:mm                                                                 

傳感器上游
管道型式
前后直管段長度 傳感器上游
管道型式
前后直管段長度
同心收縮
全開閥門
渦街流量計安裝距離 一個90度
彎頭
渦街流量計安裝距離彎頭距離
同一平面兩
個90度彎頭
渦街流量計安裝 不同平面兩
個90度彎頭
同心擴管 調節閥半開
閥門(不推薦)
渦街流量計安裝距離
 
注:
1、調節閥盡可能不安裝在渦街流量儀表的上游,而應安裝在渦街流量儀表的下游10D以外。
2、上、下游配管內徑應相同。如有差異,則配管內徑Dp與渦街儀表表體內徑Db,應滿足以下關系
0.98Db≤Dp≤1.05Db
3、上、下游配管應與流量儀表表體內徑同心,它們之間的不同軸度應小于0.05Db
4、儀表與法蘭之間的密封墊,在安裝時不能凸入管內,其內徑應比表體內徑大1-2mm
5、測壓孔和測溫孔的安裝設計。被測管道需要安裝溫度和壓力變送器時,測壓孔應設置在下游3-5D處,測溫孔應設置在下游6-8D處,見圖(七)。D為儀表公稱口徑,單位:mm
6、儀表在在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝。
7、測量氣體時,在垂直管道安裝儀表,氣體流向不限。但若管道內含少量液體,為了防止液體進入儀表測量管,氣流應自下而上流動,如圖(四)a所示
8、 測量液體時,為了保證管內充滿液體,所以在垂直或傾斜管道安裝儀表時,應該保證液體流動方向從下而上。若管道內含少量氣體,為了防止氣體進入儀表測量管,儀表應安裝在管線的較低處
如圖(四)b所示
渦街流量計安裝管道
圖(四)
9、測量高溫、低溫介質時,應注意保溫措施。轉換器內部(表頭殼體內)高溫一般不應超過70℃;低溫易使轉換器內部出現凝露,降低印制電路板的絕緣阻抗,影響儀表正常工作。
 
6.3插入式渦街流量儀表安裝步驟:
1. 在管道上用氣焊開一個略小于φ100mm的圓孔,并把圓孔周圍毛刺清除干凈,以保證測頭旋轉流利
2. 在管道圓孔處焊上廠家提供的法蘭,要求法蘭軸線與管道軸線垂直。
3. 將球閥及傳感器安裝在焊接好的法蘭上。
4. 調節絲杠,使插入深度符合要求(保證測頭中心軸線和管道中心軸線重合),流體流向必須與方向標上的指示箭頭保持一致。
5. 均勻擰緊壓蓋上的螺絲。(注:壓蓋的松緊程度決定儀表的密封程度和絲杠能否旋動)
6. 檢查各環節是否完成好,慢慢打開閥門觀察是否有泄漏(需特別注意人身安全)若有泄露請重復步驟5、6。
 
6.4分體式儀表壓力變送器和Pt100安裝示意圖 
分體式渦街流量計安裝 

七、在儀表安裝使用前容易出現的錯誤

1-安裝時儀表安裝反向會導致流量不準確和不穩定。
2-安裝儀表時禁止在線焊接,在線焊接會導致傳感器受熱損壞。
3-安裝環境有劇烈震動,震動環境會導致流量不穩定以及靜態有流量。
4-儀表采購時不考慮實際流量僅按照管道口徑訂貨,這個問題會導致超出或不足流量測量范圍。
5-現場溫度和壓力如果和訂貨協議不匹配,會導致儀表無法測量或測量不準,嚴重時造成儀表損傷。
6-工況流量與標況流量混淆,或者與質量流量混淆。

第二部分 儀表使用與參數設置

I. 常規電路

一、常規電路介紹

常規電路包含脈沖型線路板、電池供電普通型線路板、4-20mA普通型線路板和4-20mA溫壓補償型線路板等常見的四種線路板,這四種線路板在使用和原理上具有共同性,是渦街流量計的新精簡型線路板,其放大電路為模擬式。可在常規的流量范圍內準確測量氣體、液體和蒸汽的流量。可由開關設定適應各種口徑和各類測量介質。
常規電路用于區分MSP數字電路

二、常規電路撥碼開關設置

 
不同口徑和介質開關選擇參見附表。并根據實際信號先調K2和K3擴展頻帶,必要時調整K1電荷放大器增益。
 
智能流量計放大器參數設置參照表(液體)

口徑                  K1                  K2                  K3
 mm 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
15                                
20                                
25                                    
32                                    
40                              
50                                    
65                                    
80                                
100                                  
125                                    
150                                    
200                                        
250                                
300                                
 
 
 
 
智能流量計放大器參數設置參照表(氣體)

口徑                  K1                  K2                  K3
 mm 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
15                                    
20                                    
25                                    
32                                    
40                                    
50                                    
65                                    
80                                  
100                                
125                                
150                                    
200                                    
250                              
300                                    
 
智能流量計放大器參數設置參照表(蒸汽)
口徑                  K1                  K2                  K3
 mm 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
15                                    
20                                    
25                                    
32                                    
40                                    
50                                    
65                                    
80                                  
100                                  
125                                  
150                                
200                                
250                                
300                              
 
 
  箭頭向上表示此開關位置為ON,無箭頭處的開關為OFF。
以上表值僅供參考,實際使用中因液體粘度和氣體密度不同應在此值附近調整,頻率低時可將K2/K3向大口徑方向調一至三檔。頻率高時可將K2/K3向小口徑方向調一至三檔。
放大增益和觸發靈敏度采用4位開關調整,開關1/2/3/4位分別代表1/2/4/8;ON數之和為1-15。
GB=1-15調放大器增益對應電阻比300K/(100K——4K7),1_15放大率增大。一般GB設置為(1+2)ON
SB=1-15調觸發器門限對應電阻比300K/(100K——4K7),1_15靈敏度增高。一般SB設置為(3)ON

三、常規電路操作說明與區分

 
a. 脈沖型儀表
脈沖型直接輸出脈沖信號,通過積算儀運算后來反映介質流量,通過調節對應介質的撥碼開關即可使用,操作簡單,無過多的設置,可以接通到PLC等外接設備上使用。無液晶顯示,需要接外接顯示設備。
脈沖型區分:脈沖型儀表本體不帶顯示屏,一般會配備積算儀
b. 四按鍵顯示普通型儀表
四按鍵普通型為具有液晶顯示無補償計算的一類簡單線路板,根據供電方式不同可以分為24V普通板和電池供電普通板,這類板子區別于智能補償型線路板,對于壓力溫度比較穩定的補償介質可以采用這種表進行定值補償測量。(電池型應先將線路端子接好)。具有脈沖輸出功能,4-20mA普通型還具有4-20mA模擬輸出功能。另外根據訂貨協議可以配備hart或485協議通訊。
四按鍵普通型儀表區分:
1具有四個按鍵且通電后屏幕只有三排數據(累計、瞬時和頻率)
2打開后蓋后除接線端子(或電池)外沒有其他元器件
操作說明
該線路板具有四個按鍵(S)、(+)、(←)和(EN)
在主界面按(+)可以切換到密碼界面
密碼界面按(EN)可以講密碼選中,然后按(+)(←)配合可以輸入密碼2010
然后進入到用戶設置界面
用戶設置界面(+)可以切換選項,按(EN)可以選中選項然后(+)更改參數
參數更改好后可以按(EN)確認。(S)返回密碼界面
 
 
 
 
 
 
 
 
密碼2010設置項目(參考)

菜單序號 菜單顯示 意義 選擇項或數值范圍
1 單位選擇 流量單位選擇
 
0:m3/h    (立方每小時)
1:m3/m   (立方每分鐘)
2:l/h      (升每小時)
3:l/m     (升每分鐘)
4:t/h      (噸每小時)
5:t/m     (噸每分鐘)
6:kg/h    (千克每小時)
7:kg/m   (千克每分鐘)
2 算法選擇 選擇測量介質運算方式 0:常規體積流量(不分氣液的工況流量)
1:常規質量流量(流體密度設工況密度)
2:標況氣體體積流量
3:常規氣體質量流量 (流體密度設標況密度)
4:飽和蒸汽溫度補償
5:飽和蒸汽壓力補償
6:過熱蒸汽溫壓補償
3 流量系數K [P/m3] 流量系數 設定儀表流量系數
4 滿度輸出流量 滿度輸出流量 必須設定該值,且不得為0,
單位與流量單位一致
瞬時流量超過滿度時輸出滿度流量
5 密度設置kg/m3 密度設置 算法1和3都必須設置此項
單位為kg/m3,不得為0
6 溫度設置℃ 當前溫度 選擇算法2、4、5、6時,需需人為設定溫度壓力參數
7 絕對壓力設置 當前絕對壓力   不得為0
8 下限切除流量 設置切除流量與滿度流量的百分比 數值在0~20之間
9 阻尼時間    
10 485地址 485地址(僅電池普通板有該項,4-20mA電普通板不具有) 0~99
11 累積量清零 清除累計流量 Yes為清空,No為不清除
 
當密碼設置為2011時:
1 4-20mA普通板會進入調節4-20mA輸出校正界面(非專業人員不要操作)
2 其他類型板子會進入到485波特率選擇
 
c. 兩鍵4-20mA溫壓補償儀表
兩鍵4-20mA穩壓補償儀表為具有溫度壓力補償功能,能夠根據介質壓力溫度不同算出標況下的介質流量,能夠針對過熱蒸汽以及飽和蒸汽等不同壓力溫度條件的介質。并且具有脈沖輸出和4-20mA輸出,并根據協議可以配備hart協議通訊。
儀表區別:該類儀表具有兩個按鍵,與MSP線路區別在于:后端接線處只有兩個接線端子突出且線路元器件密集不帶電池架,MSP線路為4個突出接線端子,另外在背部有電池架或中間空出部分
操作說明
界面和輔助界面之間通過按‘+/S’左鍵和‘</E’右鍵切換。
左鍵為+并下翻頁,長按為S退出。    右鍵為<并上翻頁,長按為E進入和確認。
在輔助界面下,長按‘</E’左鍵進入密碼輸入狀態。用戶可通過連續按‘+/S’鍵選擇當前輸入位置需要輸入的密碼數字,按‘</E’鍵移動輸入光標位置。當輸完2位密碼后,長按‘</E’進入與密碼對應的功能設置菜單;在密碼輸入狀態下,長按‘+/S’鍵返回輔助界面,繼續更新顯示計量值。
 用戶參數設定菜單    用戶菜單密碼為22。

序號 菜單顯示 意義 選擇項或數值范圍
1 語言
中文
選語言 中文/ENGLISH
2 單位選擇 流量單位選擇
(默認0)
0:m3/h   (算法02顯N m3/h)
1:m3/m   (算法02顯N m3/m)
2:l/h
3:l/m
4:t/h
5:t/m
6:kg/h
7:kg/m
3 算法選擇
常規體積流量
算法選擇
(默認0)
0:常規體積流量      
1:常規質量流量      
2:標況氣體體積流量
3:常規氣體質量流量  
4:飽和蒸汽溫度補償  
5:飽和蒸汽壓力補償  
6:過熱蒸汽溫壓補償  
7: 特定算法(備用戶定制)
4 流量系數 流量系數
(默認3600)
設定儀表流量系數
單位P/m3
5 流體密度 密度設置
(默認1.0)
算法1、3必須設置此項,單位為kg/m3
(算法1為工況,3為標況)
6 滿度流量 滿度輸出流量
(默認1000)
必須設定該值,且不得為0,
單位與流量單位一致
7 報警流量 報警流量
(默認500)
僅在報警輸出時設定該值,
單位與流量單位一致
8 下限切除流量% 設置切除脈沖輸入百分比
默認(1%)
數值在0~20之間
9 阻尼時間 設輸出電流
阻尼時間
(默認為2s)
    設電流輸出阻尼時間,用于避免輸出電流和流量波動太大
范圍為1~32(瞬時流量顯示同步平滑)
10 HART地址 設置HART
通訊號
范圍為0-15(默認0)
11 累計量清零 清零累計量 若要清零累計量,輸入密碼70
并按“E”鍵即可
 
 

三、儀表常見問題與處理

1、現場儀表頻率變化量較大,排除方法:
A.首先檢查直管段是不是滿足要求,氣體的可以放寬保證前10D后5D的直管段就可以,液體直管段不滿足要求影響較大,直管段不夠長建議更改安裝位置。B.現場可能有電磁干擾,方法:加強濾波功能,把靈敏度調低,通過打撥碼開關實現。C.現場流量太小,低于儀表下限,例如:300口徑的插入式測氣體,下限是1500m3/h,但現場指示500 m3左右的瞬時流量,因為流量處于下限,數值不成線性變化,可通過更改儀表系數提高流量(不建議使用)。D.測液體有脈動流也會出現類似的情況。
2、現場有50HZ的干擾,一般是屏蔽線未接地。
3、現場無流量信號。A.儀表小信號切除過大,可到參數設置里修改;B.電源未接好,不通電;C.流量很低達不到信號觸發點;D.4-20mA輸出的表出廠前未設置量程。
4、實際流量增大,可儀表顯示減小,檢查現場工況原因( 如管道工藝等)。
5、實際流量減小,可儀表顯示增大,大部分是管道震動或者是安裝時墊片不在管道中心點,應重新安裝儀表。
6、同工況的儀表顯示不一致,相差較大,A.客戶的經驗值是錯的,或者是工況有差別,例如管道走向的問題,直管段的問題,震動的問題等;B.參數客戶修改過;C.工況流量太低,下限不成線性;D.溫壓補償的表,溫度壓力出現故障。
7、4-20mA輸出的儀表,顯示和系統顯示不一致。A.參數設定的單位不一致,或者量程沒有對應一致;B.4-20mA輸出線纜過長(超過1000米),損耗大。
8、儀表顯示的流量與實際相差很大,大部分原因是參數設置單位的問題。
9、儀表靜態有流量大部分是現場管道有震動造成,對管道采取減震措施或降低儀表靈敏度可減輕或消除。

 

 
 



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