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    分析一下哪幾個身分會影響到渦街流量計測量的準確度

    發表時間:2019-07-20   點擊次數:517 技術支撑:1560-1403-222
    渦街流量計是二十世紀70年代發展起來的一種新型流量儀表,由于頻率信號不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響,量程寬,精度較高,結構簡單,安裝維護方便,應用范圍廣等優點,受到國內外廣大用戶歡迎,發展較快,應用不斷擴大,在許多領域已替代了差壓式流量計和其它流量儀表。

        渦街流量計的優點為:
    1)渦街流量計無可動部件,測量元件結構簡單,职能可靠,运用壽命長。
    2)渦街流量計測量范圍寬。量程比一般能達到1:10。
    3)渦街流量計的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數的影響。一般不需標定。它可能測量液體、氣體或蒸汽的流量。
    4)它造成的壓力損失小。
    5)準確度較高,重復性為0.5%,且維護量小。
          渦街流量計的缺點表現為:
    1)渦街流量計工作狀態下的體積流量不受被測流體溫度、壓力、密度等熱工參數的影響,但液體或蒸汽的zui終測量結果應是質量流量,對于氣體,zui終測量結果應是標準體積流量。質量流量或標準體積流量必須通過流體密度進行換算,考慮流體工況變化引起的流體密度變化。
    2) 造成流量測量誤差的因素主要有:管道流速不均形成的測量誤差;不能準確確定流體工況變化時的介質密度;濕飽和蒸汽假設成干飽和蒸汽進行測量。這些誤差假如不加以限制或袪除,渦街流量計的總測量誤差會很大。
    3)抗振职能差。外來振動會使渦街流量計產生測量誤差,以至不能正常工作。通道流體高流速沖擊會使渦街發生體的懸臂產生附加振動,使測量精度降低。大管徑影響明顯。
    4)對測量臟污介質適應性差。渦街流量計的發生體極易被介質臟污或被污物纏繞,改變幾何體尺寸,對測量精度酿成極大影響。
    5)直管段要求高。專家指出,渦街流量計直管段要保證前40D后20D,本领滿足測量要求。
    6)耐溫职能差。渦街流量計一般只能測量300℃以下介質的流體流量。


    渦街流量計原理示意圖

        1 渦街流量計測量計意思

    渦街流量計是二十世紀七十年代發展起來的一種新式流量儀表,由于頻率信號不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響,量程寬,精度高,結構簡單,安裝維護便当,應用范圍廣等優點,受到國內外廣大用戶歡迎,發展快,應用不斷擴大,在許多領域替代了差壓式流量計和别的流量儀表。

    把一個非流線型阻流體垂直插入管道中,隨著流體繞過阻流體流動,產生附面層分離現象,变成有規則的旋渦列,傍边兩側旋渦的旋轉宗旨相反,這種旋渦稱為卡門渦街,如圖一所示。

    流量計信息網內容圖片

    圖1 渦街形成的原理圖

    根據卡門的查究,這些旋列多數是不穩定的,只有形成交替的內旋的兩排旋渦,且渦列寬度d比同列相鄰的兩旋渦的間距l之滿足一個常數時,這樣的渦列是穩定的。[2]。

    根據卡門渦街意思,旋渦頻率f與管內平均流速u有如下關系:

    流量計信息網內容圖片 (1)

    式中:u1-旋渦發生體兩側平均流速;d-旋渦發生體特点度;St-斯特勞哈爾數;m-旋渦發生體兩側弓形面積比管道內橫截面積之。

    由此可得瞬時體積流量與渦街頻率的關系為:

    流量計信息網內容圖片(2)

    從上式可以得到儀表系數K為:

    流量計信息網內容圖片(3)

    式中:qv-通過流量計的體積流量;f-流量計輸出的信號頻率;k-渦街流量計的儀表系數。

    由上式不妨看出,在St為常數時,儀表系數k僅與旋渦發生體的幾何參數有關,而與流體物性和組分無關。因而,渦街流量計既可能測量液體,也能够測量氣體[3]。用水標定的渦街流量計不妨用來測氣體。

    流量計信息網內容圖片

    圖2 St數與雷諾數的關系

    圖2為斯特勞哈爾數與雷諾數的關系。從上圖可能看出管道內流體的雷諾數若小于5×103時,測量無法進行,所以選型時要注意渦街流量計的zui小流量的限制[4-5]。隨著科學技術的發展,而今有极少廠家的渦街流量計可對差别雷諾數段的St值進行分段補償,如Endress+Hause的Prowirl73型的渦街流量計。

        2 渦街流量計的結構

    根據卡門渦街道理設計制造的渦街流量計,因为設計的時間及天生霸术的差别,其檢測方式及相應的檢測原件有所不同,以是結構不一樣。以差動電容式渦街流量計為例,在旋渦發生體后面安裝差動電容傳感器,該傳感器為圓筒形,用變極距真理工作。當有流體流過時,由于卡門渦街的功用,在發生體后差生交變差壓,電容傳感器由此產生傍边擺動,引起兩側電容的極距發生變化,改變電容量,根據電容量的變化頻率就可能得知渦街頻率。一般渦街流量計由傳感器和變送器兩部份組成。傳感器包括:表體;旋渦發生體;檢測元件;法蘭等。轉換器包括:前置放大器;濾波整形電路;接線端子;CPU;存儲器單元;顯示單元;通讯單元等。

    渦街抗振性主要取決于其檢測意思,對于差動電容的渦街傳感器,當有外界管道機械振動或有流體沖擊時,不管振動目标若何,引起電容檢測元件的內外電極同時做宗旨不异、變形量相等的振動,而因为此時的兩電極間的相對距離保持不變,電容量沒有變化。于是差動電容渦街流量計的抗振性優于壓電晶體等檢測方式的渦街流量計。

        3 渦街流量計的選型

    3.1 渦街流量計口徑的選取

    儀表廠家差别,其選型方式會有所不同。應根據其相應的選型方式,作出詳細的計算,來確定口徑的巨细。而不能盲目的根據管道的口徑選擇流量計的口徑,選型時要注意:

    雷諾數限制:當雷諾數Re<5×103時,渦街流量計基本不能測量,當雷諾數Re<2×104時,因St非線性偏高,因此導致測量值偏差大;流速限制:對于測量液體流量,zui大流速10m/s,測量氣體流量時,zui大流速75m/s。

    為使流量計的流速大一些,渦街流量計工作在測量精度保證范圍內,要選用比公稱通徑小的流量計。如果流量計的口徑大,使流量在低限運行,使得測量值不準確。

    3.2 傳感器檢測元件材質的選取

    在化工場合,許多介質時帶有腐蝕性的,于是在選型時應根據相應的介質選擇相應的傳感器材質。否則傳感器或旋渦發生體被腐蝕后,輕者會影響測量,重者使儀表無法正常測量,發生介質泄露的事故。

    3.3 粘度較大或易沉淀的流體

    當測量粘度較大或者易沉淀的流體,會在渦街發生體外表有粘附或沉積物時會使發生體的形狀和尺寸變化,影響儀表系數;而傳感器外观有粘附或沉淀物時,儀表的靈敏度會降低。對此建議選用其他真理的流量計,或經常清洗流量計傳感器和旋渦發生體。

        4 渦街流量計的安裝要點

    選擇合理的安裝場所。如避開強電力設備、高頻設備、強電源開關設備;避開高溫熱源和輻射熱源的影響;避開強烈振動。

    上下游直管段滿足要求。不同的阻流件對流場的影響是不一樣的,在突縮和擴管段能够在肩部酿成二次流,在彎管地方在流動对象突然改變的彎管內外側將造成二次流,在流通截面積猛然改變的閥門位置流動將受到影響。是以分别阻流件對直管段的要求分别,見圖3,如流量計前有一個彎頭時,前面的直管段要求二十倍的管道內徑,后面的直管段要求五倍的管道內徑。而流量計前有兩個彎頭時,前面的直管段要求四十倍的管道內徑,后面的直管段要求五倍的管道內徑。

    有振動的管道,渦街流量計表頭程度安裝,對于振動較強的管系,設置減振裝置。

    如有可能安裝旁通管,便于檢修。

    測量含有小批異相的流體時,注意傳感器的安裝处所。如測量介質中有固體物時,流量計應安裝在不易沉淀的地方;而測量介質為氣體,其中含有液體時,應在流量計前安裝排放閥,否則會產生氣錘,損壞傳感器。

    介質溫度高時,流量計表頭向下安裝,或選用分體式流量計。

    渦街流量計信號傳輸電線應拔取金屬障蔽電線,要有良好的接地措施。遵守一點接地原則。

    管道隔熱保溫。一般測量蒸汽時,管道隔熱保溫是防止能量散失的重要手段,當對渦街流量計進行隔熱處理時,應確保渦街流量計的傳感器和電路部门暴露在外,確保熱量向外射以防备儀表電子部件過熱。

    為防备氣穴現象發生,渦街流量計進口壓力要滿足要求:

    流量計信息網內容圖片 (4)

    Δp-渦街流量計的壓損;Pv-使用溫度下的液體的**飽和蒸汽壓。

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    圖3 渦街流量計直管段zui小要求

        5 渦街流量計測量中的壓力、溫度補償

    渦街流量計測得的是工作狀況下的體積流量,以下情況必要壓力、溫度補償:

    測量介質為液體,輸出為質量流量;

    測量介質為氣體,輸出為標準狀態下的體積流量;

    測量介質為氣體,輸出為質量流量[3];

    此時,還必要一個流量積算儀,根據的溫度壓力補償公式來計算出所必要的流量,見圖4。

    流量計信息網內容圖片

    圖4 帶溫壓補償流量積算儀的測量圖

        6 影響渦街流量計測量準確度的其它成分

    6.1 旋渦發生體迎流面堆積的影響

    倘若被測流體中存在黏性顆粒,則能够會堆積在旋渦發生體迎流面上,使其幾何形狀和尺寸發生變化,所以流量系數也相應變化,影響見圖五所示。

    流量計信息網內容圖片

    圖5 旋渦發生體發生堆積時的精度影響

    因此在使用中要注意清理。

    6.2 溫度對測量的影響

    溫度變化對測量體幾何尺寸變化的影響有兩部分組成,一是旋渦發生體寬度d發生變化引起的;另一個便是管道內徑D變化引起的。袪除此影響一般是對K系數進行改正[5]。

    流量計信息網內容圖片(5)

    式中:Kt-流體溫度是t時的流量系數;Km-流體溫度是t0時的流量系數;A-常數,與渦街流量計的质料和結構有關。

    如今少许廠家的流量計已對溫度的影響在軟件中進行固定溫度改正和實時溫度修正,如Endress+Hause的Prowirl72和73型的渦街流量計。

    6.3 配管內徑與流量計內徑不形成的影響

    一般進口儀表的內徑時依照國內標準生產的,而在國內的配管內徑為國內標準的,兩者之間的有時很大,如Endress+Hause的Prowirl72FDN100口徑壓力為PN16的內徑為107.1mm,而國內的為101.0mm。對于配管內徑與流量計內徑不,可分為兩種情況[6]:

    當管道實際內徑儀表內徑時,兩者之間的差值不超過流量計內徑的3%,這時变成的誤差很小,對測量無影響,可無需订正。

    當管道內徑小于儀表內徑,且兩者之差不超過流量計內徑的2%時,產生的誤差較小,可通過對儀表系數的修正進行補償,校正因子Kd為:DN-流量計內徑;D-配管內徑。

    當管道內徑與儀表內徑出入較大,由于流體經過這種突變酿成的流體擾動使得渦街流量計的測量變得不再穩定和可靠,造成的誤差無法通過改正K系數來補償。此時必要流量計前后安裝足夠的與流量計內徑的直管段或流量計前安裝流場優化整流器,但安裝整流器后仍需的直管段。

        7 結束語

    渦街流量計有很多優點,價格適宜,只要正確選用渦街流量計,進一步选拔防干擾步骤,选取溫度、壓力補償等袪除附加誤差的辦法,渦街流量計在化工領域中將有廣泛的應用前景。通過選型中選擇合適的流量計口徑,對某些工況進行溫度壓力補償,以及配管內徑與流量計內徑的協調等方面提出來改善渦街流量計測量準確度的方案,為儀表的選型、安裝、管理與維護的供应了指導性建議。



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