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涡街流量计工作原理|所受干扰分析及排除

时间:2018/04/18来源:未知

0 、引言:
  目前 , 涡街流量计的应用愈来愈广泛 , 并受到用户的欢迎 。这是因为涡街流量计使用比较方便 , 量程比宽 , 压力损失小 ,更换检测元件无需重新标定 , 既有就地指示 , 又可进行运转 , 也省去了差压变送器 , 充分显示了它的优越性 。由于涡街流量计是通过检测介质产生的旋涡而产生脉冲信号 , 易受干扰 , 因此在投运中会遇到一些问题 。劳动服务企业装了 10 台 LUGB 系列涡街流量计 , 分别用来测量氯气和氯甲烷的流量 , 开始运行不正常 , 后来通过一段时间分析 、改进 、基本上能正常运行 。

1 、工作原理:
  涡街流量计又称卡门旋涡流量计 , 它是利用流体自然振荡的原理制成的一种旋涡分离型流量计 。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时 , 若该物体的几何尺寸适当 , 则在物体的后面沿两条平行直线产生整齐排列 , 转向相反的旋涡列 。旋涡列的个数 , 即涡街频率与流体的流速成正比 。因此 , 通过测量旋涡频率 , 就可知道流体的流速 , 测出流体的流量 。
图 1  圆管内的涡街
图 1  圆管内的涡街
  LUGB 系列的旋涡发生体为三角柱形 , 如图 1 所示 。当被测介质流过柱形体时 , 在柱体两侧交替产生的旋涡不断分离 , 分离的频率与介质流速成正比 :
  f =Sr · v/ d (1)式中 :f 为柱体测旋涡分离的频率 , Hz;v 为柱侧流速 ,m/s ;d 为柱体迎流面的直径 , m ;Sr 为斯特劳哈尔数 ,为0.17 ~ 0.18 。
  LUGB 系列流量变送器的设计柱宽 d 与流通管直径D 具有固定的比值 。因此 , 流经管内的平均流速  v与柱侧流速v 有固定的比值 : v/v =1 -1.25d/D (2)于是 , f =Srv/d =Srv /(1 -1.25d/D)d (3)  由上式可知 , 只要测得旋涡分离频率 f , 就可以测得平均流速 , 从而测量流量 q :q =3600 A ·  v′ (4)式中 :A 为变送器流通本体的流通面积 , m2;v ′为变送器流通本体的平均流速 , m/s 。f 是通过装在柱体内部的压电晶体探头测量的 ,它经放大后变换成脉冲信号 。

2 、干扰现象及原因分析:
2 .1 、现象:

  当装上的氯气和氯甲烷涡街流量计试运行时 , 流量为零 。但 5 台氯气表的显示值为 137.5kg/h , 5 台氯甲烷表的显示值为 27.5kg/h ,并都伴有波动现象 , 而实际上此时管道内并无介质流通 。 有关氯气 、氯甲烷的参数列于表 1。
表 1

2 .2 、原因分析:
  出现这种现象的原因主要是没有对涡街流量计实行有效的隔离 , 同时工艺管道有振动现象 。由于没有隔离 , 直接导致了 50Hz 电磁的干扰 。这个结论可用下面的推算予以论证 。涡街流量计输出的脉冲信号仅代表流体在一定公称通径下的体积流量 , 即qV=3 .6 ×f/KL(5)qm =ρ×qV(6)式中 :qV为体积流量 , m3/h ;KL为 LUGB 涡街流量传感器的仪表常数 ,L-1;f 为涡街频率 , Hz;ρ为设计条件下介质的密度 ,kg/m3;qm为质量流量 , kg/h 。根据式(5)、式(6)及表 1 , 可求得干扰情况下涡街流量计受到的干扰频率 :① 对于氯气 , qm扰=137.5(kg/h)f 扰 =qm扰KL/3.69 =137.5 ×21.03 ÷(3.6 ×16.07)=49.98(Hz)② 对于氯甲烷, qm扰=27.5(kg/h)f 扰 =qm扰KL/1.69 =27.5 ×75.219 ÷(3.6 ×11.522)=49.87(Hz)显然 , 10 台表都受到同一 50Hz 的干扰频率 , 它来自 220V 的交流电 ;同时 , 加上工艺管道有时振动 , 流量计的旋涡发生体受到振动 , 产生脉冲输出 , 致使显示值有时上下振动 。

3 、干扰的排除:
  排除上述干扰现象可采取以下 4 项措施(见图 2):① 涡街流量计的一次线用屏蔽电缆 , 以屏蔽外界磁场的干扰 ;② 涡街流量计的接地端子采用单独接地 , 以避免受到其它电气设备的电源干扰 ;③ 涡街流量计的信号通过安全栅进二次表 ;④ 固定涡街流量计所在的工艺管道 ,以防止振动 。
图 2 涡街流量计安装配套示意图

图 2 涡街流量计安装配套示意图
 另外 , 如果条件允许的话 , 可以采用隔离变压器将涡街流量计系统所用 220V , a .c .电源与总电源隔离 。

4 、现场调试及结论:
  采取上述措施以后 , 经现场调试运行 , 10 台 LUGB系列涡街流量计工作基本正常 , 消除了 5 台氯气表的显示值为 137.5kg/h、5 台氯甲烷表的显示值为27.5kg/h的干扰现象 ,能够较准确、迅速地反映氯气 、氯甲烷的流量变化 , 为四氯化碳的试车 、开车及生产出合格产品提供了较好的控制条件 。

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