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卡曼旋涡流量计测量误差分析及使用

时间:2018/04/28来源:未知

摘要:本文就引起卡曼旋涡 (涡街 )流量计测量误差的原因进行了分析 , 并提出了使用时应引起重视的几个问题。

一、卡曼旋涡流量计的计量原理:
在流体管道中插入一柱状物时,柱状物两侧就交替产生两列有规则的旋涡,称为卡曼涡列,如图 1所示。卡曼涡列的频率与旋涡发生体的形状有关,可用下式表示:
f=  St× v /d ( 1)
式中, f 为卡曼涡列释放频率, Hz ; v 为流体流速, m /s; d为旋涡发生体迎流面宽度, mm; St 为斯特罗哈系数,无量纲。
实验证明,当雷诺数在一定范围 ( 2× 104~ 7× 10 )之内时, St 为一常数。因此 ,通过测量卡曼涡列释放频率就可得出流速 v ,从而求得瞬时流量。
所以,式 1可表示为:
f=  KQ× Q ( 2)
式中, K 为流量常数; Q为瞬时流量, m3 /h
旋涡流量计原理图

二、影响旋涡流量计测量误差的原因:
1、流体流速波动
  管道中流体流速波动较大时,使流体产生脉动现象,并产生随机脉动压力。这种脉动压力将会对旋涡发生体产生随机冲击,从而影响测量的准确性。
2、振动干扰
  工艺管道一般与动力设备如压缩机、真空泵等相连,动力设备的振动引起工艺管道的振动,从而使流量计随之共振,导致流量示值失真,严重时则难以进行正常的流量计量。
3、流体中含有杂质
  旋涡流量计要求被测流体是清洁的,以免影响测量的准确性,然而,实际上某些流体中含有固体颗粒、油污及凝析物等杂质。固体颗粒会对旋涡发生体产生冲击,使之受磨损而变形,从而使流量计示值偏高; 而油污及凝析物等杂质则会粘结在旋涡发生体表面,使流量计示值偏低。
4、安装不符合要求
  旋涡流量计上下游直管段长度(一般要求与孔板差压流量计相同)不符合要求、壳体中心线与管道中心线不同心等都会给测量带来误差。
 另外,安装地点的环境温度、湿度等不符合旋涡流量计要求,也会给测量带来误差。
5、流体中含有气穴
  某些流体中含有少量气体(如原油中含有天然气等) ,而又不能视为两相流时,这些气体在流体中形成强烈的随机冲击,使旋涡流量计的输出受到严重干扰。
6、屏蔽不良
  旋涡流量计的输出信号一般都要经过远距离传输才能到达操作室进行显示或积算,而生产现场往往有一些大功率用电设备或动力电源
  网等干扰源,信号传输线要正确屏蔽,否则会产生感应电流串入信号内,从而影响测量结果。
7、流体参数不稳定
  当流体的温度变化时,旋涡流量计壳体及旋涡发生体受热胀冷缩的影响,使流通截面积随温度的变化而变化,给测量带来误差。
  对气体流体来说,当流体压力变化时,其体积也随之改变,从而使流量示值随压力的变化而产生误差。

三、旋涡流量计在使用中应注意的问题
1、流量常数的修正
旋涡流量计虽然在出厂时生产厂家已给出了流量常数 KQ ,但实际使用时,应根据流体实际温度,对 KQ 进行修正。其修正系数可用下式计算出:
Kt=  1- β ( t- t0 ) ( 3)
式中, t为流体实际温度(℃ ) ; t0 为生产厂家标定出 KQ 时的温度(℃ ) ;β 为旋涡流量计壳体材质膨胀系数 1 /℃ ; Kt 为温度修正系数。

N B 电位器,一面观察滤波器输出,一直调整到信号波形的噪声成分***小,如图 2所示。

 图2
图 2
  若生产现场无示波器,则可在无流量时进行 N B 调整。方法是调节 N B 电位器,使旋涡流量计无输出。
( 2) TLA (触发电平即灵敏度)调整
  进行了 N B 调整之后,若无流量时无输出, 小流量时有输出, 则不需进行 TL A 调整。 否则,应进行 TLA 调整。
1) 无流量时的调整
  用示波器观察旋涡流量计的滤波及脉冲输出信号,若有脉冲输出,则说明灵敏度太高,需要进行 TLA 调整。 此时应调节 TL A 电位器, 直到无脉冲输出时为止,如图 3所示。修正后的流量常数 KQ 为:
′KQ=  Kt× KQ ( 4)测量气体时,工艺上往往要求把仪表指示值换算为标准状态 ( p= 101325Pa , t= 20℃ )下的流量示值,其换算公式如下:
KQ = Kt × KQ× 101325 / ( 101325+ p )× ( 273. 15+    t ) /293. 15 ( 5)
式中, p为气体实际压力(表压, Pa )。
图3
2、旋涡流量计的现场调整
  旋涡流量计虽然在使用之前,已在实验室内进行了调校,但在使用时,现场的振动、噪声等干扰是在实验室内无法调整的。因此 ,对安装好的流量计进行现场调整尤为重要。
( 1) NB (振动噪声平衡)调整
  旋涡流量计在使用时,若无流量时无显示、小流量时有显示,则不需进行 N B 调整,否则, 需要调整。
  调整时***好用示波器,在流量为零或小流量下均可进行调整。 其方法是将旋涡流量计的滤波器输出端子接在示波器上,然后一面调节N B 电位器,一面观察滤波器输出,一直调整到信号波形的噪声成分***小,如图 2所示。
若生产现场无示波器,则可在无流量时进行 N B 调整。方法是调节 N B 电位器,使旋涡流量计无输出。
( 2) TLA (触发电平即灵敏度)调整
进行了 N B 调整之后,若无流量时无输出, 小流量时有输出, 则不需进行 TL A 调整。 否则,应进行 TLA 调整。
1) 无流量时的调整
用示波器观察旋涡流量计的滤波及脉冲输出信号,若有脉冲输出,则说明灵敏度太高,需要进行 TLA 调整。 此时应调节 TL A 电位器, 直到无脉冲输出时为止,如图 3所示。
无示波器时,可调节 TLA 电位器,使旋涡流量计无输出。
值得注意的是: 在调节 TLA 电位器时,要缓缓地调节,以免调节过度。 否则,灵敏度过低会使流量计可测的***小流量阈值大大提高。
1) 小流量时的调整
用示波器观察滤波及脉冲输出信号,若小流量时无脉冲输出,则需进行 TL A 调整。方法是一面调节 TLA 电位器,一面观察脉冲输出信号,直到有脉冲输出为止,如图 4所示。
在无示波器时,可调节 TLA 电位器,一直调节到脉冲输出不致为零时为止。
3、减振
在进行 TLA 调整时,若灵敏度已很低,无流量仍有脉冲输出,则说明现场振动太强,需要进行减振处理。 可加一管道支架来减少工艺管道的振动。
计算公式
4、旋涡发生体定期清洗
  旋涡流量计在脏污流体中应用时,应对旋涡发生体定期清洗。 清洗周期根据现场实际情况而定。结垢时用稀盐酸清洗 ,沾染油污时用汽油清洗。
5、抗干扰措施
  信号传输线应尽可能远离变压器、大功率用电设备等干扰源敷设,而且应对信号传输线屏蔽,根据现场实际情况决定是否穿在铁管或金属软管中。另外 ,信号传输线屏蔽层应正确接地,以保证将干扰衰减至***小。
6、整流
  当生产现场直管段长度不能满足流量计使用要求时,为了保证其测量准确度,应在流量计上方加装整流器,对被测流体稳流,以获得充分的紊流场。
必须注意的是: 整流器距流量计的距离必须大于十倍的流量计的公称通径。
四、结束语:
  卡曼旋涡流量计是近十年发展起来的一种新型流量计,它的维护量小、仪表常数稳定、量程范围大、压力损失小、准确度高; 既有模拟信号输出也有脉冲信号输出,便于与计算机等数字系统配套使用。因此 ,它被愈来愈多的用户所接受,广泛应用于不同的领域中。

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