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涡街流量计代替孔板流量计测量流量的探讨

时间:2018/04/28来源:未知

摘要:在工业生产中,流量检测有多种形式,其中以孔板流量计检测较为常见,涡街流量计是70年代应用工业生产的,由于结构简单、性能可靠,目前国内外使用涡街流量计的用户越来越多,文章就涡街流量计代替孔板流量计作为探讨。
1、孔板流量计与涡街流量计目前的技术水平:
     目前孔板流量计的技术发展水平仍然是1930年俄亥俄州立大学(OSU) Beitler和美国国家标准局(NBS)Bulking ham与Bean确定的经验公式为基础。由于“结构简单、造价低、使用可靠”等优点,使用较为广泛,若配上智能差压变压器,可实现双向通信,远程设定,具有完善的自诊断及温、压补正等功能。尽管如此,孔板流量计没有完全取消引压管,存在流动死区,孔板长期使用性能变差,孔板的节流作用、压损较大,在许多场合,它并不是理想的流量检测装置。    涡街流量计于70年代开始应用在工业流量测量上,对涡街现象的最早研究是由著名科学家斯特罗哈尔(Strouhal)完成的,冯·卡门(Th.  Von Karman)从理论上证明了垂直置于流体中的物体其后侧生成稳定的涡街,因此,又叫卡门涡街。涡街流量计的琴本结构由涡街发生体、检测元件、信号处理放大电路组成。检测元件有热敏电阻、应变片、压电晶体、差动电容、超声波等。信号处理部分基本实现智能化、涡街流量计具有安装方便、体积小、互换性强,长期运行准确度高、适用范围广等优点。

涡街流量计原理示意图
2、涡街流量计与孔板流量计综合性能评价:
   评价流量检测装置的性能,有下列儿个方面:结构的适用性、安装运行成本及其可靠性、量程比、长期运行准确性、一次元件的流量特性对控制系统的影响。
   (1)结构对介质的适用性    孔板流量计由节流件、取压装置和差压变送器组成,引压管常需2一15m,对于易冻介质需要蒸汽伴热,一个回路静密封点约20个左右,使用中存在如下问题:①易漏,由于长时间使用,漏点的出现是难免的,一旦出现漏点,就必须在正常生产时加以处理,漏出的介质增加了消耗,也污染了环境;②易堵,由于引压力管存在流动死区,当在脏介质及带有粉末状、颗粒状介质中使用时,由于颗粒介质不断积聚会引起引压管堵塞;③易冻,当在高凝固点介质中使用时,若伴热不佳,会发生冻结,不仅使测量不准,严重时会冻坏差压变送器的膜盒;④伴热容易造成差压变送器元器件老化;⑤某些场合,引压管需加隔离液,由于伴热或工艺操作不稳,正、负引压管隔离液液位常常不准等,产生液柱差,使流量指示不准;⑥孔板质量变差,孔板长期使用时,存在如下问题:端面结垢、表面粗糙度变差,节流件变形,孔板端面有堆积物、锐孔变钝,这些都会使流量系数发生变化,测量准确度降低。
    尽管缩短引压管把差压变送器直接安装在管道上,效果有所改善,但仍然没有消除流动死区,正、负压室仍然有不流动的流体,当测量介质温度较高时,差压变送器正负压膜片及电子元件易老化,限制了它的使用。    涡街流量计基本上不存在以上问题,它只用3个静密封点,不易泄露,没有流动死区,不需伴热保温,流量系数长期不变。
    (2)安装运行成本及可靠性    一台进口涡街流量计的价格大约在2万元左右(Dg15一Dg100),而一台节流装置包括差压变送器,孔板及法兰、引压管、阀门、保护箱约1.5万元,涡街流量计的一次性投资稍高。涡街流量计安装简单,只需要保证流量计前后有一定直管段即可,同心度易保证,安装费用低,而孔板安装要求高,直管段、同心度、引压管、保温箱都有一定的安装要求。涡街流量计的维护量低,而孔板流量计由于其易泄漏,需定期排污、安装隔离液灌等,维护量较大。加上电、蒸汽伴热消耗及压力损失造成的耗能费用,使其运行成本增加。由于涡街流量计检测决定于脉冲频率系数(此系数只与旋涡发生体的宽度及流量计的口径有关),测量准确度变化较小,当流量计长期使用时,口径与三角柱的宽度几乎不变,因此涡街流量计的长期运行准确度较高。孔板流量计的设计系统准确度为t (1.5一2.5)%,由于差压与流量是非线性关系,当流量低于30%时,测量误差增大,气体尤为严重。另一方面,由于使用介质的长期磨损,锐孔变钝、表面粗糙度变差,孔板变形,使流量系数发生变化,难以保证测量准确度。涡街流量计由于它无可动部件,结构简单坚固,不易磨损,运行可靠。涡街流量计可以实现在一个表体上安装两套电子线路,两套敏感元件,且相互独立,相当于1:1冗余。孔板流量计则难以做到这点。同一台涡街流量计既可测量气体、液体也可测量蒸汽的流量,电子线路板及敏感元件对不同口径的流量计来说是通用的,互换性好。信号输出通常有3种形式:脉冲、模拟及数字信号,可以通过电路板的开关来切换,用户可随时根据自己的需要切换到另一种输出信号。量程更改容易,对模拟输出来说,只需改变输出的脉冲频率。孔板流量计则不然,孔板的孔径是为特定的介质而设计的,互换性差,量程不易改变。
涡街流量计产品图
    (3)量程比    由于涡街流量计的输出频率与流量成线性关系,测量流量的量程比可达20:1一80:1。孔板流量计由于差压与流量成非线性关系,量程比只有3:1~5:1.   (4)一次元件的流量特性对控制系统产生的影响    由于涡街流量计输出与流量成线性关系,当它组成一控制系统时,相当于一个时滞和时间常数都很小且可以忽略的一阶滞后环节,即可视为比例环节,广义尺寸象的特性完全取决于回路中其他的环节,对控制系统几乎无影响。孔板流量计由于输出与流量成非线性关系,当它组成控制系统时,回路增益随流量而变化,调节器的整定参数不能适应不同的工况,非线性的存在、负荷变化时影响调节品质,这在串级系统的副回路中影响尤为显著。虽利用调节阀的流量特性来补偿广义对象的非线性影响,但效果并不明显,因此必须引人开方器,开方器的引入虽然使广义对象的特性不随工作点而变化,明显改善调节品质,但在小流量时反应太灵敏,容易引起系统振荡,调节误差增大。    综上所述,涡街流量计有许多优点,在许多流量测量中用它来代替孔板流量计是可行的,值得在流量测量领域中推广应用。

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