一、渦街流量計(jì)原理
渦街流量計(jì)是利用卡門(mén)原理和壓電技術(shù)制造的速度式流量計(jì),傳感器輸出的頻率值與管道中介質(zhì)流速成正比:
F=U×S/[(1-1.25d/D)d](1)
介質(zhì)流過(guò)管道的體積流量:
Qv=3600Uπ(D/2)²(2)
用頻率表示工況體積流量:
Qv=3600F/K(3)
工況質(zhì)量流量:
QG=3600Fρ/K=Qv×ρ(4)
式中:F一流量脈沖頻率,Hz;U一管道內(nèi)流體平均流速,mn/s;d-漩渦發(fā)生體迎流面寬度,m;D一傳感器殼體內(nèi)徑,m;S;一施特勞哈爾數(shù)(無(wú)量綱);ρ一被測(cè)介質(zhì)密度,kg/m³;Qvρ工況下的體積流量,m³/h;QG一工況下的質(zhì)量流量,kg/h;K---渦街流量傳感器儀表系數(shù),N/m³。
儀表系數(shù)K是流過(guò)傳感器單位體積流量所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)n。每臺(tái)傳感器的K值是經(jīng)過(guò)計(jì)量檢定裝置檢定后.給出的值，并且是對(duì)傳感器內(nèi)所有幾何尺寸和物理量進(jìn)行系統(tǒng)檢定。K值大小隨口徑變化而變化,同口徑K值較接近傳感器壓力損失:
AP≤1.2pU²(5)
式中:△P-管道壓力損失,Pa。
蒸汽密度如下:
1.過(guò)熱蒸汽密度由壓力和溫度共同決定,查溫度、壓力密度表,能正確得到過(guò)熱蒸汽的密度。
2.飽和蒸汽密度由壓力或溫度決定,其溫度、壓力密度一一對(duì)應(yīng),查溫度或壓力密度表，均能得到正確密度,由于溫度反映滯后(3~5)s,而壓力在0.2s即能反映,所以用壓力得到密度更為及時(shí)。溫度分辨率比壓力低。
3.濕飽和汽、汽水混合介質(zhì)現(xiàn)沒(méi)有密度表，無(wú)法查得或算得密度。
二、渦街流量傳感器特點(diǎn)
1.量程范圍
渦街流量傳感器量程在很小范圍時(shí),精度可達(dá)0.5級(jí)或更高,量程范圍增大,精度下降。用于氣體計(jì)量,好的傳感器在1.5級(jí)精度時(shí)，量程比可達(dá)1:20~1:25,即流速為(3~75)m/s。一般傳感器量程比只有1:8~1:10。
2.重復(fù)性
JJC198-_1994《速度式流量計(jì)》檢定規(guī)程規(guī)定,傳感器每個(gè)流量點(diǎn)要檢測(cè)3次,找出最大差值,取全量程所有檢測(cè)點(diǎn)(一般有5~6個(gè)點(diǎn))的最大差值為重復(fù)性,--般為0.2%或0.3%。
3.壓損
渦街流量傳感器壓力損失很小，例如:當(dāng)飽和蒸汽壓力為0.6MPa、流速為30m/s時(shí),其壓力損失為3963.7Pa.
4.穩(wěn)定性
渦街流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有磨損、運(yùn)動(dòng)、位移部;件,穩(wěn)定性很好。經(jīng)過(guò)兩個(gè)檢定周期(4年)后,其精度、重復(fù)性和儀表系數(shù)仍能達(dá)到出廠指標(biāo)。
5.維護(hù)
傳感器的探頭是將渦流的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(頻率信號(hào))，檢測(cè)放大板是將探頭的頻率信號(hào)整形成脈沖信號(hào),與探頭頻率等值送出到顯示儀表。
更換檢測(cè)放大板不影響計(jì)量精度等指標(biāo)，即使更換探頭,在按照工藝要求的前提下,也能保證技術(shù)指標(biāo)。在檢定周期內(nèi)不需調(diào)整、校準(zhǔn)傳感器的任何部件。
6.振動(dòng)
渦街流量傳感器是靠振動(dòng)產(chǎn)生頻率信號(hào),在有強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境內(nèi).振動(dòng)產(chǎn)生信號(hào)大于流體產(chǎn)生信號(hào)，且檢測(cè)放大:板又無(wú)法消除振動(dòng)信號(hào)時(shí),傳感器不能正確計(jì)量,由于振動(dòng)此傳感器在無(wú)流量時(shí)仍有頻率輸出，此為渦街流量傳感器最大缺點(diǎn)。
7.檢定
渦街流量傳感器的檢定應(yīng)在國(guó)家質(zhì)檢總局授權(quán)的計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置上,按JJG1029-2007《渦街流量計(jì)》檢定規(guī)程進(jìn)行檢定，在量程范圍內(nèi)取5~6個(gè)流量點(diǎn)，檢定線性誤差.重復(fù)性.平均儀表系數(shù)等指標(biāo)。由于不同檢定裝置之間也存在一定的誤差,因此,同一傳感器在不同計(jì)量檢定裝置上的檢定結(jié)果不可能完全相同。
三、渦街流量計(jì)在蒸汽計(jì)t中的正確使用
1.傳感器選型
渦街流量傳感器不同于其他流量傳感器，每一口徑渦街流量傳感器流量范園是固定的,不能調(diào)整。因此,它要根據(jù)流量選口徑,選型時(shí)應(yīng)在工況壓力、溫度下,先確定要測(cè)的流量范圍，再選擇能覆蓋此流量范圍口徑的流量傳感器。
在蒸汽密度小時(shí)傳感器流量范圍窄,密度大時(shí)傳感器流量范園寬。
若選擇不當(dāng),當(dāng)實(shí)際流量大于傳感器上限時(shí),容易造成探頭損壞，丟漏脈沖，少計(jì)量。實(shí)際流量超上限越多,丟漏脈沖越多,計(jì)量越少。 當(dāng)實(shí)際流量小于傳感器下限時(shí)，傳感器計(jì)量很少,或 不計(jì)量。 在以上兩種情況下長(zhǎng)期使用會(huì)造成很大損耗。
2.傳感器適用介質(zhì)
渦街流量傳感器只適用于單相介質(zhì)，在供熱系統(tǒng)中,問(wèn)一時(shí)間只能對(duì)過(guò)熱蒸汽、飽和蒸汽和熱水3種中的一種介質(zhì)進(jìn)行計(jì)量。
在供熱系統(tǒng)中，熱電廠送出的大部分是過(guò)熱蒸汽,隨著蒸汽在管道內(nèi)流動(dòng),溫度不斷下降,過(guò)熱蒸汽逐漸變?yōu)轱柡驼羝?在管道末端或用汽量很小的情況下,蒸汽還會(huì)變?yōu)闈耧柡推旌辖橘|(zhì).甚至是水。
由式(4)得知,蒸汽質(zhì)量流量取決于傳感器輸出頻率F(管道流速)和蒸汽密度ρ,儀表系數(shù)K隨傳感器為定值,頻率F隨用汽量大小而變化，蒸汽密度ρ在過(guò)熱和飽和蒸汽中,隨壓力和(或)溫度變化,可查表得到。濕飽和汽汽水混合介質(zhì)無(wú)表可查,無(wú)法得到密度;流體也不是單相介質(zhì),而實(shí)際使用中只能按飽和汽計(jì)量,因此產(chǎn)生誤差極大。
例如:0.7MPa、300℃過(guò)熱蒸汽的密度為3.08kg/m³;0.7MPa的飽和蒸汽密度為4.16k/m³;水的密度為000kg/m³;由此可知,0.7MPa濕飽和汽，汽水混合介質(zhì)密度介于(4.16~1000)kg/m³之間，當(dāng)傳感器測(cè)過(guò)熱蒸汽為Im³時(shí),流量計(jì)計(jì)量結(jié)果為3.08kg，當(dāng)傳感器測(cè)飽和蒸汽為1m³時(shí),流量計(jì)計(jì)量結(jié)果為4.16kg,在這種情況下,傳感器通過(guò)1m³水而不是飽和蒸汽,流量計(jì)計(jì)量仍是4.16kg,而不是實(shí)際的100kg。大于飽和蒸汽密度的濕飽和汽汽水混合介質(zhì),仍按飽和蒸汽密度4.16kg/m³計(jì)算，因?yàn)闈耧柡推⑵旌辖橘|(zhì)沒(méi)有密度表。
熱網(wǎng)管道除去跑冒滴漏情況外，很大損耗就來(lái)自這種情況,處理不好管損能達(dá)到25%~-30%。若供熱管道末端有不間斷用汽的大用戶,此情況可避免。
3.壓損對(duì)計(jì)量的影響
在熱網(wǎng)管道中有很多閥門(mén)和減壓閥，它們都能改變管道壓力。渦街流量計(jì)不是質(zhì)量流量計(jì),，它計(jì)量蒸汽質(zhì)量取決于管道流速和蒸汽密度,而密度由壓力決定,改變壓力就是改變密度,在剛開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)還改變管道流速,這幾種情況都會(huì)使計(jì)量產(chǎn)生誤差。
例如:供熱管道飽和蒸汽壓力為0.8MPa,密度為4.655kg/m³,1m³體積質(zhì)量為4.655kg;當(dāng)經(jīng)過(guò)減壓閥或閥門(mén)后壓力減為0.2MPa,密度為1.65kg/m³,1m³體積質(zhì)量為1.65kg;1m³體積比未減壓時(shí)少計(jì)量3kg。 因此，為保證計(jì)量正確，流量計(jì)前閥門(mén)要全開(kāi),減壓閥放在流量計(jì)之后。
4.安裝
渦街流量傳感器要安裝在被測(cè)介質(zhì)的管道上，管道內(nèi)要充滿介質(zhì),傳感器前后直管段、管道與法蘭的氣割、電焊嚴(yán)格按要求安裝，并確保管道內(nèi)流體經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)平穩(wěn),不能出現(xiàn)任何攪亂平穩(wěn)流體、干擾傳感器產(chǎn)生的渦流情況,否則將影響計(jì)量精度。
5.大口徑大流量傳感器的正確性
對(duì)大口徑傳感器的檢定，由于受現(xiàn)有檢定裝置檢定能力的限制,只能在小流量(低流速)下進(jìn)行檢定,大流量(高流速)下無(wú)法進(jìn)行檢定，這樣大流量只有在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。由于受技術(shù)、生產(chǎn)工藝和檢測(cè)手段等方面的限制,有些廠家的傳感器在35m/s時(shí)就丟漏脈沖，流量(流速)越大,丟漏脈沖越多。出現(xiàn)此種情況，每天誤差和每月累計(jì)損失蒸汽將很大。
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