渦街流量計在水冷系統(tǒng)中的應用

1.前言
       高線廠步進梁式加熱爐采用四根靜梁、五根動梁結構，梁內采用循環(huán)水冷方式給梁進行冷卻降溫。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、學習的切身體會。該公司下屬的棒材廠步進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，導致爐體燒塌的嚴重后果。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，被測介質范圍廣（氣體、液體、蒸汽），壓力損失小、精度高、維護量小等特點，在各生產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，流體在殼體內流動時可在較寬雷諾數范圍內產生穩(wěn)定的渦街信號。渦街發(fā)生體使流體流經時產生渦列，信號檢測器檢測渦列并轉換成脈沖信號。輸入放大器將微弱的電信號進行放大，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行放大轉換為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生卡門渦街這一 流體振動現象制成的流量計。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為管道內平均流速jd為柱狀體迎流面寬度i D為管道內徑jS，為施特勞哈數。當旋渦在柱體兩側產生時，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。利用埋設于柱體內的壓電元件檢測此升力的變化，將其轉化為頻率信號送入放大器，由放大器進行放大和整形，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.流量計的調試
       在管道內沒有液體流動時，由于管線振動所產生的噪聲使接收器反常地計數，這時就應該對儀表進行靈敏度調節(jié)。

4 .1 放大器增益的調整
       一般情況下無需對放大器的增益進行調整，除非在更換了傳感器之后，通過放大器板A上的AMP電位計調節(jié)放大器增益。
4 .2 零點調整
        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，調整零點調節(jié)電位計．數字萬用表的顯示值應為4mA。
4 .3 滿量程的調整
        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。，來調校儀表。其關系式為五。。= K Qm ax，惋傭永沖數l-J -儀表標定常數的值。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，固定頻率不變并調整量程電位計，數字萬用表的示值為20mA時為止。

5.實際應用
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有必要長的直管段。上游側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下游側的直管段長應在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) 傳感器內斷線或放大器損壞：
  4) 管道內無流量或流量太小。

  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) 儀表常數設定有誤：
  3) 電源電壓和負載電阻不符合要求；
  4) 發(fā)生體粘污嚴重：
  5) 放大器參數發(fā)生變化：
  6) 有氣穴現象。

  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) 重新設定參數：
    3) 按儀表要求提供電源電壓：
    4) 清洗發(fā)生體：
    5) 重新調整：
    6) 改變安裝地點，增加入口壓力。

6.應用效果

       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。