涡街流量传感器

涡街流量传感器在应用中应注意保持探头清洁，当增益值/噪声或信噪比/信号质量等反映探头清洁程度的技术指标接近或达到界限值时， 涡街流量传感器的计量结果不准确， 当表体和直管段脏污时也会影响计量结果。因此，气体涡街流量传感器探头、表体及上下游直管段的清洗是维护保养的一项重要工作。

用于贸易交接计量的涡街流量传感器及其二次仪表应按照相关规程的要求进行周期检定。气体涡街流量传感器的检定分为离线检定和在线校准。^[1]

实验管路，该装置由8台口径为DN =50~150mm的标准传感器串，并联组合与被检测的大口径传感器（DN=80~300mm）比较。试验管路按对角线方向平行排列，其目的是节省原材料，降低了造价，又恰好满足各种口径传感器前直段的要求（根据国家标准ZBN12005-1989或规程JJG643-1994）标准传感器前直管段长大于50DN；被检测传感器前直管段长大于20DN；使阻力损失降到最小值。

（2）气源，气源是由二台9-19型高压离心风机和一台LG300×200-1型罗茨风机供给。其中二台同型号的离心机，通过控制电动阀门根据流量大小的需要，实现串联或并联运行，以满足不同流量和不同压力的要求。

（3）标准传感器：该装置选用了8台标准传感器，均为应力式涡街传感器，该仪表的优点是无可动部件具有较高的重复性，有较强的耐过载和耐冲击性。传感器本体用不锈钢具有耐磨损和抗腐蚀性能，该传感器具有很高的稳定性。另外这类传感器的仪表系数不受或很少受被测介质物性参数的影响，所以作为标准传感器使用时，只要与被测料件基本一致就可以了。

目前，我国的气体涡街传感器的标准度一般在0.5级~1级的水平上，从准确度的水平上看，是无法作为0.5级标准传感器使用的，但是这类仪表的范围度很宽，一般都在10：1~15：1左右，而且重复性很好，均在0.2%以内，甚至于更高，如采用压缩范围度在定点标定是提高准确度的有效方法。我们曾做了大量的试验研究工作，结果表明若范围度压缩到2：1或3：1以内，在定点标定均能满足要求，因此，使用该传感器标准，建立气体流量装置是可行的。 

　　注意事项

（1）涡街流量传感器在应用中应注意保持探头清洁，当增益值/噪声或信噪比/信号质量等反映探头清洁程度的技术指标接近或达到界限值时， 涡街流量传感器的计量结果不准确， 当表体和直管段脏污时也会影响计量结果。因此，气体涡街流量传感器探头、表体及上下游直管段的清洗是维护保养的一项重要工作。

（2）用于贸易交接计量的涡街流量传感器及其二次仪表应按照相关规程的要求进行周期检定。涡街流量传感器的检定分为离线检定和在线校准。^[2]

  涡街流量传感器机械部分的设计包括壳体、前后导向体、涡轮叶片、压紧圈、轴和轴承以及与之相配套的和输油管配合的连接管的设计。由于涡街流量传感器的大小受公共汽车发动机输油管径的大小的限制，在设计涡街流量传感器的壳体时，涡街流量传感器的壳体的内径要与之相适应根据现在发动机的输油管的实际情况本文取壳体的内径为12，从而能够满足流体流量的要求。进而可以相应的确定其它相配合的部件的尺寸，然后才可以确定壳体的长度及其它的参数尺寸。  

涡轮叶片是涡街流量传感器的最重要的部分，它的设计的好坏直接关系到整个涡街流量传感器的测量精度。在涡轮叶片的设计中，选用的是最常用的螺旋叶片，而且是6个叶片，这样有利于提高测量的精度。同样，由于壳体管径的限制，叶轮的最大的外径也限制在了12mm上。在设计中，采用了多种不同的涡轮角度进行设计，分别加工，然后进行实验，确定最后的加工角度。导向体的设计要和壳体紧密配合，但其最重要的是要保持和壳体的同心性，同时，还要特别注意的是其通过轴承和轴与叶轮一定要配合紧密，防止太松影响重性，太紧又会影响叶轮的旋转。^[3]

涡街流量传感器在计量中应用的通讯工具主要是利用它的串行来进行通讯的，而该通讯系统主要是利用微机计算机来实现传感器的远距离控制和信息采集的，并且该系统在计算中使用的应用程序主要是按照通讯协议德 约定和流量的计算通讯来实现客户所需要的各项功能的。

    我们在计量中为了使涡街流量传感器的通信协议能够同时支持人机终端的交互，它的通信协议可以选用特定的编码来作为通信的元素，从而方便用户和计算计的记忆、理解和使用，我们在计量中使用该通信方式可以选用232和485中的中一种，它们分别具有点对点的通讯和一主支持多机的通信方式，并且利用485接口和微机处理器连接的时候可以按照相应要求的数字通信，并且遵循相应的协议，其目的是能够完全的取代小键盘和液晶显示器的功能，并为工业的计量做出巨大贡献。

    在用分段法进行程序设计之前，必须首先判断输入值xi处于哪一段。为此，需将xi与各分点值进行比较，以确定出该点所在的区间。然后，转到相应段逼近公式进行计算。值得说明的是，分段插值法总的来讲光滑度都不太高，这对于某些应用是有缺陷的。但是，就大多数工程要求而言，也能基本满足需要。在这种局部化的方法中，要提高光滑度，就得采用更高阶的导数值，多项式的次数亦需相应增高。为了只用函数值本身，并在尽可能低的次数下达到较高的精度，可以采用样条插值法。^[4]

    1、若你提供的实际值是准确，那要检查管道是否正确安装，要考虑之管道等条件。

    2、负压说明你的压力小，流速就慢，看设计是否有问题。

    3、若以上两点都没有问题，那么你应该考虑是否选用的涡街品质有问题。

        3．1、你用的流量传感器正常工作过没有，

        3．2、既然你认为与实际流量不符肯定有参照流量，看看参照流量是不是工作在流量传感器检测的流量范围之内，每个流量传感器厂家的说明书里都有流量范围，低于下限或高于上限，显示值就有可能与你说的实际值不符。

        3．3、流量传感器的内部参数你动过没有，如果这三项都没问题，那么很有可能是放大板出现问题！^[5]

涡街流量计本安防爆系统

由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力，使轴承的摩擦转矩增大，加速轴承磨损，为了消除轴向力，需在结构上采取水力平衡措施。由于涡轮处直径DH略小于前后支架处直径Ds，所以，在涡轮段流通截扩大，流速降低，使流体静压上升P，这个P的静压将起到抵消部分轴向推力的作用。流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。流体从机壳的进口流入，通过支架将一对轴承固定在管中心轴线上，涡轮安装在轴承上，在涡轮上下游的支架上装有呈辐射形的整流板，以对流体起导向作用，以避免流体自旋而改变对涡轮叶片的作用角度。在涡轮上方机壳外部装有传感线圈，接收磁通变化信号。^[6]

    涡街流量传感器按照测量介质的不良，操作时也会有一定的风险。当测量磨损性介质或发生气蚀时，可能会使受压部件受到损伤。计量热介质时，触摸流量计传感器表面可能会引起灼伤。侵蚀性介质可造成腐蚀与磨损。测量带压介质可能泄漏。工作的流量传感器出现故障后，会进行相应的检查和维护，这个过程中会伴随有压力加大的风险，所以在进行任何仪表操作时：取下/打开文件流量传感器的取压头之前。切记使仪表和相近管路或储罐中的压力降低，不然对流出的介质可能会造成严重伤害，务必使管路减压。流量及振动压电传感器都会产生信号，后者被放大并送入模拟/数字转换器。DSP中的增益控制输入为D/A转换器提供信号，被增益控制用于动态设定所需的放大率。DSP 中的滤波器算法对信号进行评估，使用流量信号，并把本频率传送给CPU，以便转换为流量信息。然后在显示器中显示本数据，并通过电流及触点输出进行传送。^[7]

    涡街流量传感器的测量范围有限制，因为它几乎测量不到小流量，而若把其压电探头放在信号相对较强的位置，它的测量下限就有可能降低。对于不同宽度的旋涡发生体，信号强度随着检测点位置变化而变化，发生体宽度越宽，信号较强的位置越远离旋涡发生体。经过试验证明发生体越宽，信号较强区域的范围越大。研究涡街流量传感器探头位置的试验应在管道内进行，但是受管道压力、密封等诸多因素的制约，压电探头很难在发生体下游连续移动。^[8]

如果被测介质（蒸汽、压缩空气）需要进行分体式温度压力补偿时，需要加装温度传感器和压力变送器，温度传感器应安装在下游4~8D处，在选好的位置上开一个25mm的圆孔，把铂电阻底座垂直或倾斜焊在开好的圆孔上，把铂电阻装在底座上并确认密封可靠没有泄漏。压力变送器安装在流量计下游3~5D处，开孔的位置应使弯管装好后垂直地面，在选好的位置上开一个20mm的圆孔，把弯管的一头垂直焊在开好的圆孔上，把配套阀门拧在弯管的另一头上，阀门的上端装上压力变送器，阀门的两端应密封可靠确保没有泄漏，如果测量高温介质应该提前把弯管灌上水，防止因为温度过高损伤压力变送器。^[9]

    我国引进涡街流量计的时间相对较早，从20世纪80年代后期就从德国引进了几种型号的涡街流量计，之后开始了自行研发涡街流量计的工作，这就不得不提到我国超强的模仿能力了，之后我国的涡街流量计的设计制造水平不断提高，但涡街流量计的发展时间还是相对较短的，它本身的技术有一些问题没有解决，流体的冲击、管道的震动，周围存在的干扰电磁场，对流量计的测量造成了干扰，使之无法正常计数，技术水平达不到的话只能通过高性能的信号放大电路进行解决。^[10]

    涡街流量传感器的信号微弱使用仪表放大器可以将信号放大。常规信号处理电路依靠编码开关人为调节信号放大电路的放大倍数，调节完毕，在实际的测量中，信号幅度不能根据实际情况进行动态调节来达到较好的信号处理目的，滤波电路同样依靠编码开关调节滤波电容参数，不能（动态）跟踪信号的中心频率，为此设计了一种基于变增益运算放大器和带通开关电容滤波器的新型涡街流量计信号处理电路。^[11]

    涡街流量传感器的耐压强度：应能承受1.5倍公称压力5min的耐压试验，不应有破损、渗漏的现象。当电源电压在公称值-15%~+10%的变化时，流量传感器所有测量点的仪表系数与该传感器原标定的平均仪表系数的偏差，均应在允许的基本误差限范围内，并且满足各项要求。电源频率在额定值的-5%~+10%变化时，流量传感器所有测量点的仪表系数与该传感器的原标定的平均系数的偏差，均应在允许的基本误差限范围内，并且满足交流电源供电的传感器对电压的要求。当传感器的输出信号负载电阻在制造厂规定的范围内变化时，脉冲信号的电平值应符合要求。流量传感器的电源端子、输出端子与外壳间的绝缘电阻应不小于20Ω。它的绝缘强度特点：传感器的电源端子与外壳间、输出端子与外壳间，应能承受频率为50Hz，电压为500v，历史1min的绝缘强度试验，不出现击穿和飞狐。流量传感器的所有测量点的仪表系数与该传感器原标定的平均仪表系数的偏差，均应在允许的基本误差限范围内。传感器的外表应经过良好的处理，外表面涂层不得有起皮、剥落等缺陷；密封面不能有损伤，紧固件不能有松动现象；所有的可见文字符号应该清晰。^[12]

    孔板式流量均衡器如果没有办法保证所需要的直管段长度时，可以使用E+H的孔板式流量均衡器，流量均衡器可以安装在两片管道法兰之间，它可以使入口直管段长度减少不影响测量精度。管道振动加速度为1g时，仪表系数误差随流量增加而变大最后趋于平稳，这种现象出现的原因是涡街流量计利用压电探头交替地作用阿紫流量计上升力的检测，获得涡街频率，而升力与被测流体的密度和流速平方成正比，小流量时升力幅值小，容易受到管道振动的干扰、有用信号被淹没，只能检测到振动信号，所以仪表系数集中在一点上。水平方向的管道振动比垂直方向管道振动的误差下。^[13]

    解决涡街流量传感器地线电流干扰问题的方法是减小或消除了地线电流，最彻底的办法是把二次仪表来的直流电源隔离。也就是把直流电源经变压器隔离后再整流成直流供给涡街流量计，使二次仪表的地线与压电晶体的地线之间无任何电气连接。同时有效测量信号经前置放大后变成脉冲信号，经脉冲变压器输出至二次仪表，根本上消除地线电流的影响，是一种极其有效的抗干扰措施。改进阻流体的结构形状，使传感器能更好地接收旋涡的脉动压力，可使有效信号幅值提高。但更有效的办法是在旋涡发生体的两侧封装对应的两块压电晶体，即采用差动压电传感器和差动放大电路。变压器隔离的办法成本相对较高，体积又大，制造工艺上不容易实现，大大降低了实用性。光隔离限流抗干扰措施，能有效减少地线电流的干扰。^[14]

    要保证不产生误差，就要了解涡街流量传感器产生误差的原因，很多原因都会造成流量计出现误差，例如管道产生振动会影响传感器上附加的脉冲测量的准确度，需要旋转设备90°，固定管道，减少放大器中的增益，移开振动源；传感器没有对中心安装，就会出现由于流体的扰动旋涡产生的测量误差，要求涡街传感器对中心安装；环境温度太高或设备安装的方向不符合操作手册的描述，会导致电子元件太热，无法正常工作，所以一定要按照操作手册安装设备；前后直管段太短会产生流体扰动旋涡产生的测量误差，要确保涡街流量计前后有足够的直管段，有条件的话可以安装流体稳流器。^[15]

    滤波整形放大器将来自变送器的信号虑除干扰，再对波形进一步整形放大后分两路输出。系数设定、单位换算编程器将电脉冲频率单位除以设定系数（K），换算成直观的流量单位后送入积算单元进行流量累积数字显示。模拟单元把与流量呈正比的电脉冲信号转换成电流信号后，送入瞬时流量指示单元进行流量指示。电源组件将仪表供电变换成该仪表内部各放大器所需电源，并送出24V直流稳压电源给变送器供电。^[16]

    脉冲式涡街流量流量计的传感器安装在管道中，流量计算仪或计算机安装在控制室并向涡街流量传感器提供电源，两者之间用屏蔽电缆连接。脉冲式涡街流量计的检测探头采用优化组合结构和特殊工艺技术封装，抗振性能好，它的压电元件镶嵌在探头体内，内部没有填充料，性能稳定可靠，它的检测元件不接触介质，没有可动件，压力损失较小，使用寿命较长。涡街流量计的变送器输出与体积流量成正比的4-20ma标准信号，通常与计算机组成流量测量系统或其它流量积算仪表组成脉冲式涡街流量计。^[17]

    测量介质：气体、液体、蒸气；连接方式：法兰卡装式、法兰式、插入式；口径规格 法兰卡装式口径选择 25,32,50,80,100；法兰连接式口径选择 100,150,200；流量测量范围：正常测量流速范围 雷诺数1.5×104～4×106；气体5～50m/s; 液体0.5～7m/s；测量精度 1.0级 1.5级；被测介质温度:常温–25℃～100℃，高温–25℃～150℃ -25℃～250℃；输出信号 脉冲电压输出信号 高电平8～10V 低电平0.7～1.3V；脉冲占空比约50%,传输距离为100m；脉冲电流远传信号 4～20 mA,传输距离为1000m；仪表使用环境温度:-25℃～+55℃ 湿度:5～90% RH50℃；材质：不锈钢, 铝合金；电源 ：DC24V或锂电池3.6V；防爆等级：本安型iaIIbT3-T6，防护等级：IP65。^[18]

涡街流量传感器一般是用于工业滚到介质流体的流量测量的，气体、液体、蒸汽等介质都可以使用电磁流量传感器来测量，它的压力损失小，测量工况体积流量是基本不会受到流体密度、压力、粘度等参数的影响。仪表的参数能长期稳定。可以在零下20度至零上250度的工作温度范围内工作，有模拟标准信号，数字脉冲信号的输出可以和计算机等数字系统搭配使用，属于比较先进的测量仪器的一种。^[19]

电容检测涡街产生的频率法，是指把发生体的侧面贴上金属薄片作为电容的两极，旋涡产生的引力会导致极板之间的电容变化，通过检测电容的变化检测旋涡发生的频率，电容检测的劣势是不适合测量脏污以及有腐蚀性的流体。利用压力元件对应力敏感的特性检测流场中因为旋涡所引起的应力变化频率，最终达到检测旋涡的目的。还可以在旋涡发生体中放一个小的镍球，发生体上旋涡脱落就会引起小镍球的振动，检测镍球的振动就能检测旋涡的发生频率。

为了尽量减小测量所产生的误差，国内外专业人员进行了许多的研究试验，研究脉动流体对涡街流量计测量精度的影响范围，借助仿真手段来研究周期性脉动流条件下涡街流量传感器输出信号的频率测量方法，还有的研究冲击振动的情况下，研究对压电式涡街流量传感器输出的影响。但针对管道振动干扰对涡街流量计测量精度的影响方面研究的很少，相关的文献就少，所以国外研究中心利用其实验装置，对商业使用的涡街流量计进行了零流量下扫频试验和实流条件下固定振动频率试验，通过对电流输出的误差分析，研究轴向、垂直方向、水平方向管道振动对商用涡街流量计测量的影响。

采用了较小口径流量计，可以经常工作于涡街流量传感器流量范围的中，上区域，涡街流量传感器信号质量好，精度高；2.涡街流量传感器在此流量范围工作，具有较好的抗振动性能；3.缩径后，可获得较长的仪表直管段，改善涡街流量传感器的工作性能；4.小口径涡街流量传感器价格较低注意到缩管后的管道口径是根据实际流量范围确定的，既然缩管后的流量计允许流量范围与管道实际流量范围匹配，其流量阻力也应在合理的范围内，不会造成过大的阻力损失，也不会出现卡脖子现象。反过来想一下，如果阻力过大，缩管自然会适当放大管径了，最后选定的缩管口径必然是合理的管径。缩管问题实质上不是流量计的问题，而是管道设计不合理造成的问题。道理上应该修改管道工艺设计，采用合理的较小口径的管道。^[20]

涡街流量传感器与流体密度无关，在测流量时，需要考虑其他货蒸汽的温度、压力变化对密度的影响，需不需要进行密度、温度压力补偿。测量介质为液体，流量是以质量流量表显示出来，由于测量液体；流量时，流量指示一般为质量或重量流量，当指示值以质量流量表示时，刻度系数中包含密度的因素，所以密度变化对指示值有影响，必行进行密度修正。测量介质为气体，是以标准状态下的体积表现出来的，气体流量一般习惯以标准状态下体积表示，刻度为Nm3/h，但工作时由漩涡频率、流速、工作状态体积再折算成标准状态下体积。系数确定后，流体只有处在一个温度、压力下流量指示值才准确，以上提到的温度、压力就是通常所说的设计温度、设计压力，若工作条件偏离了设计值也会带来误差，所以可以不考虑密度补偿，但是一定要考虑温度和压力补偿。^[21]

流量传感器和二次表的配套设置的正确做法是两者的量程和单位应一致。常规的信号处理电路依靠编码开关人为调节信号放大电路的放大倍数，一旦调节完毕，在实际的测量中，信号幅度不能根据实际情况进行动态调节，以达到较好的信号处理目的，滤波电路同样依靠编码开关调节滤波电容参数，不能动态跟踪信号的中心频率，因此诞生了一种基于变增益运算放大器和带通开关电容滤波器的新型涡街流量计信号处理电路。敏感单元采用常规的压电敏感元件，电荷放大器由高输入阻抗运放和电阻电容构成，这些都属于常规的电路。变增益放大电路以线性增益控制芯片为核心，在控制电平的作用下，增益调整范围为-11~+31db。^[22]

首先检查流量计的零点，关掉切断阀后流量计指向0；其次怀疑流量计损坏了，将涡街流量计拆下，放在流量标准装置上校验，一切正常，指标合格；在停工期间，检查人员靠近阀门V5的位置听管道中流体流动的声音，噪声很大，在场人员推算，管内流体流速很高，可是顺着管路去查，沿途没有任何的泄漏，也没有疏水器漏气的现象。有人怀疑疏水器损坏，以至于在停工期间，流量太小，饱和蒸汽带入减压系统的凝结水有可能在V5前积累，使蒸汽通过水层时，出现鼓泡，导致流量脉动，可是打开阀门，没有积水的证据。最后，开始怀疑减压阀，控制出口压力，将阀门逐步关小，直到关死，流量值回到正常范围，真相大白。^[23]

涡街流量传感器的内部装有压电感应器，它不仅可以感受到的涡街力，同时也会感受到传感器受到的其它的力，如管道所传递的振动力。这些外界振动力和涡街力混合在一起，对涡街信号形成噪声振动干扰，使得流量测量精度下降因此抗扰是个不容忽视的问题。准确测量小流量。因为小流量所产生的横向升力较小，原始信号非常弱，易受各种噪声的影响。当噪声较强时，涡街信号将完全被噪声淹没，造成小流量不能测量。^[24]

涡街流量传感器安装前应在安全场所将传感器与防爆安全栅通电检查，无异常后再进行安装。在易爆场所安装传感器，应避免传感器由高处坠落，不允许用重物敲击传感器和管道。传感器必须与指定的安全栅组成防爆系统方可有效。与其它设备组成系统时，防爆性能消失。绝对不允许将安全栅安装在危险场所。传感器与安全栅之间连接屏蔽电缆的分布电容和电感必须符合防爆铭牌上的规定值。^[25]