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前言：

    在蒸汽計量過程中，我公司曾用過多種計量儀表，但由于種種原因不能達到準確計量的要求，均廢止未用。2004年，經考查比較，我公司使用應力式渦街流量計進行蒸汽的計量。由于是新型引進儀表，對其性能、特點、要求及原理等方面不甚了解，在使用和維修中出現了許多問題，現將本人在工作和學習中所碰到的一些問題及解決方法總結出來，與大家共同學習。

    1 渦街流量計的原理和電路構成。

    1.1 工作原理：渦街流量傳感器的基本原理是卡門渦街原理。在測量管中垂直插入一術狀物時，流體通過術狀物兩側時就會交替地產生有規律的旋渦，這種旋渦即卡門渦街?？ㄩT渦街的釋放頻率與流體流速及柱狀物的寬度可用下列公式表示：

    f=S_t·V/d

    式中f———卡門渦街的釋放頻率（HZ）

    S_t———斯特羅哈數

    V———流體流速（m/S）

    d———柱狀物迎流面寬度（m）

    因S_t是一個取決于柱體斷面開關與液體性質和流速大小基本無關的常數，S_t在0.17～0.18之間，因此旋渦的釋放頻率與流速成正比，只要檢出頻率f就可求得流速V，由V即可求出液體體積流量。

    流體流經柱體時，旋渦交錯分離，在柱體的兩側及柱體后面的尾流中產生脈動的壓力。設于柱體后面的檢測探頭受這種微小脈動壓力的作用，使探頭內的壓電晶體元件受交變應力而而產生相應的交變電荷信號，檢測放大器將電荷信號處理后，輸出與流量成正比例的脈沖信號到積算儀顯示，累積。

    1.2 電路構成：如圖1

    電荷轉換器：將從壓電元件輸出的交變電荷信號轉換成與電荷量成比例的電壓信號。

    放大器、低通濾波器：進行信號放大，消噪。

    史密特整形器：把旋渦頻率的疚電壓轉換成一定幅值的脈沖信號，同時因該電路對輸入輸出信號具有滯后作用，因此能防止由噪聲產生的振蕩。

    脈沖輸出放大器：將史密特整形電路輸出的脈沖信號放大。

    2 渦街流量計的安裝及測量系統間的連接：

    2.1 安裝：

    正確地選擇安裝點和正確安裝安裝傳感器都是非常重要的環節，若安裝失誤，輕者影響測量精度，重者會影響傳感器的使用壽命，甚至會損壞傳感器。

    2.1.1 安裝地點的選擇：

    2.1.1.1 環境環境溫度：-40℃≤T≤55℃，若愛到生產設備熱輻射時，應采取隔熱通風措施。

    2.1.1.2 環境空氣：流量計避免安裝于含腐蝕性氣體的環境中，若必須安裝時，必須有通風措施。

    2.1.1.3 機械振動和沖擊：振動會產生干擾信號，若管道上的振動和沖擊強烈，而介質流速雙低，則可能導致干擾信號大于流量信號，造成計量誤差。因此流量計應安裝于振動和沖擊小的場所，安裝位置在5～20Hz振動頻率下，要求振動加速度不大于1g，否則應采取減振措施。

    2.1.2 管道安裝與要求：

    2.1.2.1 傳感器上游側和下游側應有足夠長的直管段。直管段的長度應符合表1。

    2.1.2.2 在規定直管段長度內，管道入流與出流段目測應平直，傳感器應盡量辟免安裝在調節閥、半開閘閥的下游，一般情況下不在擴大管后安裝傳感器。

    2.1.2.3 傳感器可垂直、水平或其它任何角度安裝，但在垂直工傾斜安裝時，流體流向應自下而上。

    2.1.2.4 取壓點和測量點的設置，取壓點應在傳感器10D外，測溫度應在5D以外。

    2.2 接線：

    2.2.1 渦街流量計測量系統之間信號連接如圖2：

    1、2為放大板信號輸入端子，信號由壓電晶體探頭提供，端子C為電源端子，接積算儀的12V+或24V+B為放大板信號輸出端子與積算儀f+對應，A為放大板0V端子，與積算儀的f-對應。G為放大板接地端子。放大板與積算儀間用三芯屏蔽線相連接。

    2.2.2 安裝傳感器的管道及放大板殼體要有良好接地。（接地電阻R≤Ω）

    3 渦街流量感測器的檢修：

    3.1 探頭的檢修：

    3.1.1 探頭結構：如圖3。探頭由兩片壓電晶體組成，一片用于抗震，一片用于檢測。探頭的引線A、B是檢測片的兩根引線。

    3.1.2 探頭的檢測：

    3.1.2.1 萬用表檢測法：用萬用表200MΩ檔，分別測A與B、A與外殼、B與外殼的電阻，阻值為∞，若有阻值則探頭損壞，用萬用表2n檔，測A與B電容不得值，空載時，電容應為0.15nF～0.35nF之間恒定不變。當有外界振動或流體流通時，電容值發生變化，且比0.15nF～0.35nF要大，則探頭正常。

    3.1.2.2 示波器檢測法：將探頭如圖4與超低示波器相連，輕敲探頭頭部，若示波器屏幕上出現不規則正弦波（如圖5），則說明探頭完好，無類似波形則探頭損壞。
 

    3.1.2.3 整體連校檢測法：在確定放大板和積算儀均是好的前提下，可將探頭、放大板、積算儀按正常使用接好，用物體輕敲探頭頭部，積算儀頻率或瞬時流量有變化，則說明探頭是好的，若無變化則探頭已損壞。

    探頭經檢測確定是損壞后，不可修復。

    3.2 放大板的檢修。

    3.2.1 放大板原理圖：（如圖6）

    電路由電荷變換器、電壓放大器、有源低通濾波器、觸發整形器、電源中點電路和電壓脈沖變換電路六部分構成。

    3.2.1.1 電荷變換器：由運算放大器I_1-1、R₂₀、R₁₁、R₁₂、C₁₁～C₁₄構成，是一個雙端輸入的電荷/電壓變換器，探電壓電晶體輸出的交變電荷信號由S₁、S₂輸入，變換器輸出與電荷量成正比的電壓信號。

    3.2.1.2 電壓放大器：由運算放大器I_1-2、R₂₁、R₂₂及電位器W1構成，它是一增益可調的電壓放大器。

    3.2.1.3 低通濾波器：由運算放大器I_1-3、R₃₁～R₃₄、C₃₁～C₃₃和D₃₁、D₃₂構成，R₃₁、R₃₂、C₃₃確定濾波器的截頻點，不同口徑的傳感器需不同的截頻點，可通過改變C₃₂、C₃₃實現。

    3.2.1.4 觸發整形單元：包含觸發器（I_2-1、R₄₁、R₄₂、C₀₂、C₄₁、W₂）和整形器（I_C3）。

    3.2.1.5 電源中點電咯：檢測放大器由單電源+24V供電，由運算放大器I_2-2、R₀₁、R₀₂和C₀₁構成電源中點電路，為委員長放大器提供+12V的中點電位。

    3.2.1.6 電壓脈沖/電流脈沖電器：穩壓塊I_C4和電阻R₀₃、R₀₄構成恒流穩壓電路，三極管T₀₁和電阻R₀₅組成脈沖變換放大電路，將電壓脈沖轉換成電流脈沖。

    3.2.2 放大板檢測：

    在原理圖中有四個檢測點：Tp1、Tp2、Tp3、Tp4。放大板正常時，其輸出波形如下：（圖7）
 

    當放大板出現問題時，用示波器監測上述4個測試點的波形，以判斷故障出現的部位，然后按電容、二極管、穩壓管、集成塊、電阻的順序檢查元件，判斷其好壞，更換器件，對電路進行修復。

    另外，還有一個非常簡便判斷放大板好壞的方法。在已知二次表是好的情況下，可將放大板與積算儀按正常使用接好，用手觸摸放大板的輸入端，觀察窗顯示儀表的輸出，若顯示儀表的顯示頻率為50Hz或100Hz，則說明放大板完好無損，若無輸出或顯示其它頻率，則說明放大板已壞。可按上術方法進行維修。

    4 渦街流量計的選用：

    儀表的選型是儀表應用中重要的工作。儀表在實際應用中的許多故與障與儀表的選型和錯誤使用有關。經過對渦街流量計兩年多的使用，在其選型和使用上，我們得到了不少教訓，這些對今后選擇渦街、增加計量準確性，至關重要，現總結如下：

    4.1 要據工藝實際狀況選擇流量計口徑，一般情況下，所選儀表的口徑應使氣體zui小流速不小于7m/S，液體流速不小于0.7m/S。

    4.2 盡量避免正常流量產生的頻率在50Hz左右，因為這樣工頻干擾進入儀表就不易被覺察，會造成計量誤差。

    4.3 實際生產中因設計管路一般偏大，所以實際流體流量會偏小，如果按原管路選擇渦街口徑，會造成計量不準，甚至不能計量，因此，對渦街流量計下限的確定至關重要。只有確定了其下限流量，才能選擇的渦街。

    5 結束語：

    通過對渦街流量計原理的描述，電路的分析，及本人在維修過程中一些方法、經驗的介紹。相信大家對渦街流量計已有了一定的了解，希望這些維修方法和經驗能對同行們有所提示，有所幫助。