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差动开关电容式涡街流量计性能及其应用

时间:2018/05/18来源:未知

摘要:在分析对比涡街流量计与孔板差压流量计性能的基础上,对差动开关电容式涡街流量计的关键部分——DSC敏感组件的结构、工作原理以及性能特点作了分析,并指出该产品的适用场合。 

      一、涡街流量计与孔板差压流量计性能的对比:
   从压损、范围度、使用精度、仪表常数、气液通用性、实况体积流量的修正,以及可靠性、维护工作量等七个方面进行分析对比,可归纳成表1所列的结果。
表1涡街流量计与传统孔板差压流量计性能对比

    由表1可知,涡街流量计的性能优于传统孔板差压流量计。
     二、DSC式涡街流最传感器:
   德国E十H公司采用DSC取代以往所用的压电或应变式敏感元件,用来检测旋涡压力脉冲信号,从而使涡街流量传感器在性能和应用上,有了新的进展。该公司把采用DSC作为敏感元件的涡街流量计称之为第二代,而把后者称为第一代,以示其技术上的进展和性能上的提高。
   1.差动电容结构    陶瓷圆柱棒体1的两侧各有一片半圆形电极薄片2,且作为差动电容的定片,并由两根导线3引出。在棒体外,套有一薄壁不锈钢圆柱形筒体4,作为差动电容的动片(通过与传感器壳体相连接而引出),用它来感受旋涡压力脉冲的作用,成为振动体,从而形成一组差动电容—DSC组件,其结构如图1所示。
图1 差动电容结构

图1 差动电容结构
    2.工作原理:
   旋涡发生柱体用冷压固定在机体中,DSC组件则同轴地插在柱体当中。在柱体两侧相当于两电极定片的方位上,各开有一个导压小孔,用来导人旋涡压力脉冲信号,其结构如图2所示。
图2 DSC传感器的机体组件

图2 DSC传感器的机体组件
    当有旋涡压力脉冲经导压小孔作用于DSC组件的不锈钢套筒上时,该套筒将随之产生微振位移,使差动电容失谐,从而实现将压力脉冲形式出现的旋涡频率信号变换成差动电容的交变信号,作为开关电容信号,经传感器上部前置放大电路处理后,获得以4~20mA形式出现的电流脉冲频率信号,作为传感器的输出信号。
    3.性能特点:
   以往,管道振动力和流体冲击力的随机脉动,是造成涡街流量计噪声的重要原因之一。采用DSC组件的第二代涡街流量计,由于结构和设计上的独特考虑,可以有效地克服上述二力对测量的影响。使其性能上具有下列三大特点:
   ①提高了抗管道振动能力当管道作纵向(顺流向)振动时,由于振动受力方向(轴向)与发生柱体上两侧二个导压小孔(径向)相垂直(见图2),并且该外力主要为发生柱体所承受,这样,不会引起差动电容的失谐,故具有抗管道纵向振动的能力,但是抗横向振动的能力仍差,好在一般工业管道的振动多以纵向振动分量为主。
   ②提高了抗流体冲击能力流体冲击力,主要有顺流方向的流体对发生柱体的冲击推力和由于柱体前后压差产生的压差冲击推力,此二力随流量的增大而增大,也具有随机脉动性质。由于发生柱体在承受流体冲击力后不会引起DSC组件的外套筒(动电极片)的横向微变振动位移,因而这样便可以有效地避免流体冲击力的影响。
   ③拓宽了传感器的工作温度范围由于差动电容结构具有对温度影响的补偿作用,以及DSC组件所用材质的良好耐高、低温性能,加上传感器下部机械体组件和上部前置放大电路板之间有金属颈管连接的隔热作用,即使用在测量超低温或高温介质时,传感器仍能保证正常工作。
    根据E+H公司提供的DSC涡街流量计的技术数据,可抗管道振动及冲击(1一500Hz和9, 8m/sz加速度),并且可耐100 C /s的热冲击;工作温度范围可拓宽到一200 --- + 400 C 。
    三、应用场合:
   根据DSC涡街流量计结构和性能上的上述特点,尤其在下列场合,将可获得良好的应用效果。
   1.工艺管道具有明显振动的场合    在工业生产过程中,工艺管道往往由于受到流体振动或动力设备引起的机械振动的影响而发生振动,这对于应力式(采用压电敏感元件)涡街流量计十分有害,形成噪声信号。使流量计的示值不稳和灵敏度下降,甚至使仪表无法正常工作,有时不得不用加装管道支撑等方法来稍加改善,而采用DSC组件的涡街流量计则具有本质上的抗管道振动能力。例如,某化肥厂对发生炉煤气,采用压电和DSC的祸街流量计各一台作对比试验表明,由于涡街流量计安装管段的管道振动明显,采用压电的一台呈现示值不稳和灵敏度低下,其下限流量变大(大于15%F.S.),而采用DSC的一台,则示值稳定,仪表工作正常,其下限流量达到6%F.S.时,仍能敏感。
    2.测,超低温或商温介质的场合    诸如液氮、液氧等超低温流体或高温过热蒸汽,尤其对于发电厂温度高达400℃的过热蒸汽的计量更加合适。以往,对于温度高达400℃的过热蒸汽的计量,大多采用传统孔板差压流量计。众所周知,其计量难以准确,维护也极不方便,而采用压电元件的应力式涡街流量计,由于受最高工作温度不能超过300℃的限制,以致无法采用。
  因此,DSC涡街流量计将在这方面发挥独特的作用。
   3.具有较大的流体冲击或热冲击的场合    当工艺生产管道上的阀门突然作较大幅度的快速启闭,或者负荷的骤变,都会引起流体对旋涡发生柱体的流体冲击或热冲击,从而影响仪表的正常工作。采用DSC组件的第二代涡街流量计,则具有抗上述冲击的能力,可以适应这种特殊工况的出现。
   最后必须指出,DSC式涡街流量计由于其旋涡发生柱体上两侧开有导压小孔,在现场使用时是否会产生堵塞,以及DSC组件如何适应测量腐蚀性介质的要求等,还有待于实践和改进。

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