渦街流量計在水冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.前言
       高線廠步進(jìn)梁式加熱爐采用四根靜梁、五根動梁結(jié)構(gòu)，梁內(nèi)采用循環(huán)水冷方式給梁進(jìn)行冷卻降溫。所以，冷卻水的正常流動是確保九根梁不被燒塌的關(guān)鍵要素之一。有水壓不一定有水流量，這是筆者在某公司考察、學(xué)習(xí)的切身體會。該公司下屬的棒材廠步進(jìn)梁式加熱爐水冷循環(huán)系統(tǒng)主要采用壓力指示檢測，后因管道堵塞，二次儀表有壓力指示，實際沒有流量，導(dǎo)致爐體燒塌的嚴(yán)重后果。為此，高線廠在水冷循環(huán)系統(tǒng)中采用了以檢測水流量為主的檢測方式，在冷卻水總管和九根梁分別安裝了一臺SINIER渦街流量計。SINIER渦街流量計具有儀表常數(shù)穩(wěn)定，容易在較惡劣的環(huán)境中保證精度，量程范圍大，被測介質(zhì)范圍廣（氣體、液體、蒸汽），壓力損失小、精度高、維護(hù)量小等特點，在各生產(chǎn)裝置中使用較為普遍。另外它在測量體積流量時，幾乎不受流速、密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。下面筆者就日常工作中該類型儀表運行過程中出現(xiàn)的一系列問題及處理問題的方法給以敘述。

2.組成及功能
        渦街流量計儀表由以下六部分組成：變送器殼體：渦街發(fā)生體：信號檢測體：輸出放大器：脈沖整形器：輸入放大器。

變送器殼體是流體管道的一部分，由干選擇了合適的通徑、渦街發(fā)生體的形狀和尺寸比例，流體在殼體內(nèi)流動時可在較寬雷諾數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的渦街信號。渦街發(fā)生體使流體流經(jīng)時產(chǎn)生渦列，信號檢測器檢測渦列并轉(zhuǎn)換成脈沖信號。輸入放大器將微弱的電信號進(jìn)行放大，并濾除干擾信號。脈沖整形器將不規(guī)則的電脈沖轉(zhuǎn)換為幅度和寬度一定的方波信號。輸出放大器將方波信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換為4 - 20mA直流電流信號輸出，并輸出方波脈沖信號（作為供給流量積算之用）。

3.工作原理
       渦街流量計系利用流體繞非流線型物體時產(chǎn)生卡門渦街這一 流體振動現(xiàn)象制成的流量計。這種流量計給出只與流速成正比的脈沖頻率信號，而與流體的溫度、壓力、成份、粘度以及密度等均無關(guān)系。

即F=S，_I - 4d/(D) ld
    』1—4彬r兀DJ_，d式中jF為旋渦頻率jv為管道內(nèi)平均流速jd為柱狀體迎流面寬度i D為管道內(nèi)徑j(luò)S，為施特勞哈數(shù)。當(dāng)旋渦在柱體兩側(cè)產(chǎn)生時，柱體受到與流向垂直的交變升力的作用，升力的變化頻率就是旋渦頻率。利用埋設(shè)于柱體內(nèi)的壓電元件檢測此升力的變化，將其轉(zhuǎn)化為頻率信號送入放大器，由放大器進(jìn)行放大和整形，得到其頻率與流速成比例的方波信號，電路框圖如圖1所示。由上式可見，通過測量渦街頻率就可算出流速u進(jìn)而由
管徑和流速求出流量，圖2為旋渦發(fā)生示意圖。

4.流量計的調(diào)試
       在管道內(nèi)沒有液體流動時，由于管線振動所產(chǎn)生的噪聲使接收器反常地計數(shù)，這時就應(yīng)該對儀表進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)。

4 .1 放大器增益的調(diào)整
       一般情況下無需對放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，除非在更換了傳感器之后，通過放大器板A上的AMP電位計調(diào)節(jié)放大器增益。
4 .2 零點調(diào)整
        正確的接線，通過低頻信號發(fā)生器給渦街流量計輸入幅度為零的信號，調(diào)整零點調(diào)節(jié)電位計．?dāng)?shù)字萬用表的顯示值應(yīng)為4mA。
4 .3 滿量程的調(diào)整
        如果不知道儀表的滿量程頻率，可通過較大流量，計算出滿量程頻率五。，來調(diào)校儀表。其關(guān)系式為五。。= K Qm ax，惋傭永沖數(shù)l-J -儀表標(biāo)定常數(shù)的值。正確的接線，用信號發(fā)生器輸出信號至電荷放大器，加大輸入信號幅值，轉(zhuǎn)換輸出方波，改變信號發(fā)生器的輸出頻率，直到頻率計上顯示的值是按上式計算出的滿量程頻率為止。此時，固定頻率不變并調(diào)整量程電位計，數(shù)字萬用表的示值為20mA時為止。

5.實際應(yīng)用
5.1 安裝
        為了保證測量精度，渦街流量計安裝位置的前后應(yīng)有必要長的直管段。上游側(cè)如有縮徑阻力件時要有15D長的直管段i如有同平面的彎頭時要有20D長的直管段j下游側(cè)的直管段長應(yīng)在5D以上。    渦街流量計可以水平、垂直或其他位置安裝，但測量液體時如果是垂直安裝，應(yīng)使液體自下而上 流動，以保證管路中總是充滿液體。

5.2 故障現(xiàn)象及處理方法
5. 2. 1 通電后無指示，無輸出信號

  故障原因：

  1) 流量積算儀沒有24VDC輸出：
  2) 接線有錯誤或斷線：
  3) 傳感器內(nèi)斷線或放大器損壞：
  4) 管道內(nèi)無流量或流量太小。

  處理措施：

  1) 檢查積算儀輸出是否正常：
  2) 重新接線：
  3) 維修或更換：
  4) 縮小儀表安裝處的管道內(nèi)徑。

5.2 2 沒有流量時有信號輸出

  故障原因：

  1) 儀表引線屏蔽或接地不良引入50Hz干擾：
  2) 周圍有強電設(shè)備或動力線：
  3) 管道有強烈振動。

  處理措施：

  1) 加強屏蔽或接地，消除50Hz干擾；
  2) 使儀表或信號線遠(yuǎn)離干擾源：
  3) 采取減振、加強濾波或降低靈敏度。

5.2 3 流量指示值波動大

  故障原因：

  1) 管道振動影響：
  2) 靈敏度調(diào)得過高：
  3) 傳感器發(fā)生體上有附著物：
  4) 壓電晶片損壞：
  5) 工藝過程波動大。

  處理措施：

  1) 加強濾波或臧振：
  2) 降低靈敏度：
  3) 清潔傳感器發(fā)生體：
  4) 更換
  5) 將儀表安裝在流量波動小的工藝管道上。

5.2 4 指示誤差大

  故障原因：

  1) 上游直管段長度不夠：
  2) 儀表常數(shù)設(shè)定有誤：
  3) 電源電壓和負(fù)載電阻不符合要求；
  4) 發(fā)生體粘污嚴(yán)重：
  5) 放大器參數(shù)發(fā)生變化：
  6) 有氣穴現(xiàn)象。

  處理措施：

    1) 改變安裝地點，加整流器或降低使用精度，上游直管段大于15D;
    2) 重新設(shè)定參數(shù)：
    3) 按儀表要求提供電源電壓：
    4) 清洗發(fā)生體：
    5) 重新調(diào)整：
    6) 改變安裝地點，增加入口壓力。

6.應(yīng)用效果

       SINIER系列渦街流量計具有體積小，重量輕等優(yōu)點，既可以輸出3線制電壓脈沖，也可以輸出模擬信號，與PLC系統(tǒng)配套使用，可廣泛應(yīng)用于檢測冶金工業(yè)水冷卻系統(tǒng)中的瞬時水流量和累積水流量。