涡街流量计介绍(3)

表5 饱和水蒸气质量流量范围　　　　　　单位：（kg/ h）

绝压p/MPa 温度T/^oC 密度p/(kg/m³)	0.9 175.36 4.655	1.0 179.88 5.147	1.2 187.96 6.127	1.4 195.04 7.106	1.6 201.37 8.085	1.8 207.11 9.065	2.0 212.37 10.05
DN20 Q_min Q_max 可扩展最大上限	21 210 368	22 220 407	24 240 484	26 260 562	28 280 639	30 300 717	31 310 794
DN25 Q_min Q_max 可扩展最大上限	28 280 575	30 300 636	33 330 757	35 350 878	37 370 999	40 400 1120	42 420 1242
DN40 Q_min Q_max 可扩展最大上限	64 640 1473	67 670 1629	73 730 1939	79 790 2249	84 840 2559	89 890 2869	94 940 3180
DN50 Q_min Q_max 可扩展最大上限	107 1070 2302	112 1120 2545	122 1220 3030	132 1320 3514	140 1400 3998	149 1490 4483	157 1570 4970
DN80 Q_min Q_max 可扩展最大上限	249 2490 5893	261 2610 6515	285 2850 7757	307 3070 8996	328 3280 10235	347 3470 11476	365 3650 12723
DN100 Q_min Q_max 可扩展最大上限	355 3550 9208	374 3740 10181	408 4080 12120	439 4390 14057	468 4680 15993	496 4960 17932	522 5220 19880
DN125 Q_min Q_max 可扩展最大上限	553 5530 14388	560 5600 15908	611 6110 18938	658 6580 21964	702 7020 24990	743 7430 28018	783 7830 31063
DN150 Q_min Q_max 可扩展最大上限	711 7110 20719	747 7470 22909	815 8150 27270	878 8780 31628	936 9360 35985	992 9920 40347	1044 10440 44732
DN200 Q_min Q_max 可扩展最大上限	1421 14210 36834	1494 14940 40727	1630 16300 48481	1756 17560 56228	1873 18730 63794	1983 19830 71729	2088 20880 79523
DN250 Q_min Q_max 可扩展最大上限	2132 21320 57553	2241 22410 63636	2445 24450 75752	2634 26340 87856	2809 28090 99960	2974 29740 112077	3132 31320 124225
DN300 Q_min Q_max 可扩展最大上限	3553 35530 82876	3736 37360 91636	4076 40760 109083	4389 43890 126513	4682 46820 143943	4958 49580 1613911	5220 52200 178928
DN350 Q_min Q_max 可扩展最大上限	5329 53290 112804	5603 56030 124726	6114 61140 148457	6538 65380 172199	7023 70230 195923	7436 74360 219671	7830 78300 243541
DN400 Q_min Q_max 可扩展最大上限	6395 63950 147336	6724 67240 162908	7336 73360 193926	7901 79010 22491	8427 84270 255899	8923 89230 286918	9396 93960 318094
DN500 Q_min Q_max 可扩展最大上限	8881 88810 230213	9339 93390 254544	10189 101890 303010	10973 109730 351472	11705 117050 399843	12394 123940 448309	13050 130500 497022
DN600 Q_min Q_max 可扩展最大上限	11368 113680 331506	11954 119540 366544	13042 130420 436335	14046 140460 506055	14982 149820 575774	15864 158640 645565	16704 167040 715712

3. VSF的精确度

　　VSF的精确度对于液体大致在±0.5%R～±2%R，对于气体在±l%R～±2%R，重复性一般为0.2%～0.5%。由于VSF的仪表系数较低，频率分辨率低，口径愈大愈低，故仪表口径不宜过大（DN300以下）。
　　范围度宽是VSF的特点，但重要的是下限流量为多少。一般液体平均流速下限为0.5m/s，气体为4～5m／s。VSF的正常流量最好在正常测量范围的1/2～2/3处。
　　VSF的仪表系数不受测量介质物性的影响，这是很大的优点，可以用一种典型介质校验而应用到其他介质去，对于解决校验设备问题提供便利。但是应该看到由于液、气的流速范围差别很大，因此频率范围亦差别很大。处理涡街信号的放大器电路中，滤波器的通带不同，电路参数亦不同，因此，同一电路参数是不能用于不同测量介质的。介质改变，电路参数亦应随之改变。
　　另外，气体和液体的密度差别很大，旋涡分离时产生的信号强度与密度成正比。因此信号强度差别亦很大，液、气放大器电路的增益，触发灵敏度等皆不一样，压电电荷差别大，电荷放大器的参数也不同。即使同为气体（或液体、蒸汽）随着介质压力、温度不同，密度不同，使用的流量范围不同，信号强度亦不同，电路参数同样要改变。因此一台VSF不经硬件或软件修改，改变使用介质或改变仪表口径是不可行的。

4. 主要问题

　　VSF大量使用已有十余年，使用效果不理想，总结起来主要有以下几点原因。
　　1）产品质量问题，设计原理或设计方案有严重缺陷，产品材料、工艺质量不良。尤其近年来，一些生产厂片面追求利润，产品粗制滥造，败坏了VSF的声誉。
　　2）仪表选型和使用问题，用户给定工艺参数不准确，使得选型不当；安装地点选择有问题，安装不符合规定要求。
　　3）现场调整问题，现场投运缺乏调整或调整不当，正确的调整是用好的关键。

5. 适用的情况

　　VSF不适用于测量低雷诺数（Re_D≤2×10⁴）流体。低雷诺数时斯特劳哈尔数随着雷诺数而变，仪表线性度变差，流体粘度高会显著影响甚至阻碍旋涡的产生，选型的一个限制条件是不能使用于界限雷诺数之下。
　　VSF适用的流体比较广泛，但对于流体的脏污性质要注意。含固体微粒的流体对旋涡发生体的冲刷会产生噪声，磨损旋涡发生体。若含有的短纤维缠绕在旋涡发生体上将改变仪表系数。
　　VSF在混相流体中的应用经验还少，一般可用于含分散、均匀的微小气泡，但容积含气率应小于7%～10%的气、液两相流，若超出2%就应对仪表系数进行修正。可用于含分散、均匀的固体微粒，含量不大于2%的气固、液固两相流。可用于互不溶解的液液（如油和水）两组分流等。
　　脉动流和旋转流会对VSF产生严重影响。如果脉动频率与涡街频率频带合拍可能引起谐振破坏正常工作和设备，使涡街信号产生"锁定（1ock-in）"现象，这时信号固定于某一频率。"锁定"与脉动幅值、旋涡发生体形状及堵塞比等有关。VSF的正常工作的脉动阈值尚待试验确定。80年代以来国内外流量测量工作者已对VSF在混相流、脉动流中的应用开展许多试验研究，国际标准化组织（ISO）已发布的技术报告中亦关注这方面内容。

6. 经济性

　　在众多的流量计中，VSF的经济性较好，是一种经济实惠的流量计。VSF的基本性能处于中等偏上水平，购置费低于质量式、电磁式、容积式等，而安装、运行、维护费低于节流式、容积式、涡轮式等，如仅作为控制系统检测仪表可采用干校方式节省周期校验费用。

六、安装使用注意事项

1. 安装注意事项

　　VSF属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。
　　VSF可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用涎水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意，如图16所示。

图16 混相流体的安装
（a）测量含液体的气体流量仪表安装；
（b）测量含气液体流量仪表安装

　　VSF必须保证上、下游直管段有必要的长度，如图17所示。在各种资料中数据有差异，其原因可能是，旋涡发生体尚未标准化，形状尺寸的差异有多少影响尚待验证；对各类阻流件必要的直管段长度试验研究尚不够，即还不成熟，对比节流式差压流量计，这方面工作还处于初始阶段。

图17 涡街流量计对上、下游直管段长度的要求
（a）一个90^o弯头；（b）同心扩管；（c）同心收缩全开阀门；（d）不同平面两个90^o弯头；
（e）调节阀半开阀门；（f）同一平面两个90^o弯头

　　传感器与管道的连接如图18所示。在与管道连接时要注意以下问题。

图18 传感器与管道的连接

　　1）上、下游配管内径D与传感器内径D`相同，其差异满足下述条件：0.95D≤D`≤1.1D。
　　2）配管应与传感器同心，同轴度应小于0.05D`。
　　3）密封垫不能凸入管道内，其内径可比传感器内径大1～2mm。
　　4）如需断流检查与清洗传感器，应设置旁通管道如图19所示。

图19 旁通管道示意图

　　5）减小振动对VSF的影响应该作为VSF现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物是有效的减振方法，一种管道支撑方法如图20所示。

图20 安装管道支持举例

　　成套安装，包括前后直管段，流动调整器等是保证获得高精确度测量的一个措施，特别这些装配在制造厂进行更能保证安装的质量，图21所示为一安装实例。

图21 高精度测量的配管安装

　　电气安装应注意传感器与转换器之间采用屏蔽电缆或低噪声电缆连接，其距离不应超过使用说明书的规定。布线时应远离强功率电源线，尽量用单独金属套管保护。应遵循"一点接地"原则，接地电阻应小于10Ω。整体型和分离型都应在传感器侧接地，转换器外壳接地点应与传感器"同地"。

2. 使用注意事项

　　（1）现场安装完毕通电和通流前的检查

　　1）主管和旁通管上各法兰、阀门、测压孔、测温孔及接头应无渗漏现象；
　　2）管道振动情况是否符合说明书规定；
　　3）传感器安装是否正确？各部分电气连接是否良好？

　　（2）接通电源静态调试

　　在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而引入干扰信号。如确认不是上述原因时，可调整转换器内电位器，降低放大器增益或提高整形电路触发电平，直至输出为零。

　　（3）通流动态调试

　　关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。如仪表有故障可参照表7解决。

　　（4）仪表系数修正

　　VSF的仪表系数是在实验室条件下校验的，现场使用时工作条件偏离实验室条件应对仪表系数进行修正
　　　　K_VO=f/q_v 脉冲数/m³ (16)
　　　　K_V=E_tE_RE_DK_VO(17)
式中 K_VO，K_V--分别为实验室条件和现场工作条件下的仪表系数；
　　 E_t--温度修正系数；
　　 E_R--雷诺数修正系数；
　　 E_D--管径修正系数。
　　其余符号同前。
　　温度修正系数E_t
　　　　　　　　　　E_t=1/[1+(2α_b+α_x)(t-t_o)] （18）
式中 α_b，α_x--分别为传感器表体和旋涡发生体的材料线膨胀系数，（^oC·mm）^-1；
　　 t，t_o--分别为工作温度和校验温度，^oC。
　　雷诺数修正系数E_R
　　在扩大测量范围使用时，当测量超出规定的下限雷诺数时，应对仪表系数进行雷诺数修正，表6是某厂提供的数据（由于旋涡发生体未标准化，各插关内数据可能有差异）。

表6 雷诺数修正系数ER

雷诺数范围	E_R	雷诺数范围	E_R
5×10³＜Re＜6×10³ 6×10³＜Re＜7×10³ 7×10³＜Re＜8×10³ 8×10³＜Re＜9×10³	1.12 1.08 1.065 1.065	9×10³＜Re＜10⁴ 10⁴＜Re＜1.2×10⁴ 1.2×10⁴＜Re＜1.5×10⁴ 1.5×10⁴＜Re＜4×10⁴	1.047 1.036 1.023 1.011

　　管径修正系数E_D
　　配管直径应符合规定范围，这时对配管与传感器表体内径的实际偏差可用管径修正系数E_D修正之。
　　　　　　　　　　　　　　E_D=（DN/D）2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（19）
式中 DN--传感器表体实际内径，mm；
　　D--配管内径，mm。

⑸ 故障现象、原因及排除方法

　　VSF有多种检测方式，传感器和测量电路差别也较大，但仪表常见的故障有共性，现列举若干仪表故障及其对策如表7所示。

表7 故障处理

故障现象	可能原因	处理方法
通电后无流量时有输出信号	1)输入屏蔽或接地不良，引入电磁干扰 2)仪表靠近强电设备或高频脉冲干扰源 3)管道有较强振动 4)转换器灵敏度过高	1)改善屏蔽与接地，排除电磁干扰 2)远离干扰源安装，采取隔离措施加强电源滤波 3)采取减震措施，加强信号滤波降低放大器灵敏度 4)降低灵敏度，提高触发电平
通电通流后无输出信号	1)电源出故障 2)输入信号线断线 3)放大器某级有故障 4)检测元件损坏 5)无流量或流量过小 6)管道堵塞或传感器被卡死	1)检查电源与接地 2)检查信号线与接线端子 3)检测工作点，检查元器件 4)检查传感元件及引线，检查阀门，增大流量或缩小管径 5)检查清理管道，清洗传感器
输出信号不规则不稳定	1)有较强电干扰信号 2)传感器被沾污或受潮，灵敏度降低 3)传感器灵敏度过高 4)传感器受损或引线接触不良 5)出现两相流或脉动流 6)管道震动的影响 7)工艺流程不稳定 8)传感器安装不同心或密封垫凸入管内 9)上下游阀门扰动 10)流体未充满管道 11)发生体有缠绕物 12)存在气穴现象	1)加强屏蔽和接地 2)清洗或更换传感器，提高放大器增益 3)降低增益，提高触发电平 4)检查传感器及引线 5)加强工艺流程管理，消除两相流或脉动流现象 6)采取减震措施 7)调整安装位置 8)检查安装情况，改正密封垫内径 9)加长直管段或加装流动调整器 10)更换装流量传感器地点和方式 11)消除缠绕物 12)降低流速，增加管内压力
测量误差大	1)直管段长度不足 2)模拟转换电路零漂或满量程调整不对 3)供电电压变化过大 4)仪表超过检定周期 5)传感器与配管内径差异较大 6)安装不同心或密封垫凸入管内 7)传感器沾污或损伤 8)有两相流或脉动流 9)管道泄漏	1)加长直管段或加装流动调整器 2)校正零点和量程刻度 3)检查电源 4)及时送检 5)检查配管内径，修正仪表系数 6)调整安装，修整密封垫 7)清洗更换传感器 8)排除两相流或脉动流 9)排除泄漏
测量管泄漏	1)管内压力过高 2)公称压力选择不对 3)密封件损坏 4)传感器被腐蚀	1)调整管压，更改安装位置 2)选用高一档公称压力传感器 3)更换密封件 4)采取防腐和保护措施
传感器发出异常啸叫声	1)流速过高，引起强烈颤动 2)产生气穴现象 3)发生体松动	1)调整流量或更换通径大的仪表 2)调整流量和增加液流压力 3)紧固发生体

七、标准和检定规程

　　虽然VSF在通用流量计中是很年轻的流量计，我国早在80年代就制订了VSF专业标准（ZBN 12008-89）和检定规程JJG 620-89，说明它受到行业的重视。专业标准于1998年进行了修订，改变为JB/T 9249-1999。检定规程则与其他速度式流量计的坚定规程合并为一个新的检定规程JJG 198-94，不过由于新规程包括了众多种类速度式流量计（达8种之多！），在规定中VSF的一些特点就难以照顾到了，因此感觉有的规定不具体或完全没有规定，执行起来有些困难。JJG 620-89还有一定参考价值。

　　国外对VSF标准制订亦很重视，90年代初国际标准化组织（ISO）即成立起草工作组起草VSF国际标准，1993年提出委员会草案（ISO/CD 12764），至1997年颁布为技术报告（ISO/TR 12764：1997）。由于种种原因ISO把不宜作为国际标准的一些文件列为技术报告，例如得不到足够支持率的文件，技术尚在发展还不够成熟或作为参考资料提供等等，看来VSF文件还不够成熟暂时尚不能作为国际标准发布。工业发达国家如美、日皆制订有VSF国家标准（ASME/ANSI MFC-6M-1987和JIS Z8766-1989）。

参考文献

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2. JB/T 9249-1999 涡街流量传感器
3. JJG 198-94 速度式流量计检定规程
4. ASME/ANSI MFC-6M-1987 Measurement of Fluid Flow in Pipes Using Vortex Flow Meters
5. JIS Z8766-1989 涡流量计によゐ流量测定方法
6. 刘欣荣流量计北京：水利电力出版社，1990
7. Miller，R.W著流量测量工程手册孙延祚译北京：机械工业出版社，1990
8. ISO/TR 12764：1997 Measurement of fluid flow in closed conduits-Flowrate measurement by 　 mean of Vortex shedding flowmeters inserted in circular cross-section Conduits running 　　 full
9. 姜仲霞流体振动流量计世界仪表与自动化 1997，1（1）：48，1997，1（2）：37
10. 孙淮清姜仲霞涡街流量计㈠，㈡。自动化仪表 1998，（9）：43，1998（10）：42
11. 菲波公司、上海华强仪表有限公司、YOKOGAWA、Endresst Hauser、北京博思达仪器仪表有限公司等　　产品样本和使用说明书

绝压p/MPa 温度T/^oC 密度p/(kg/m³)	0.2 120.23 1.129	0.3 133.54 1.651	0.4 143.62 2.163	0.5 151.84 2.669	0.6 158.94 3.170	0.7 164.96 3.667	0.8 170.41 4.162
DN20 Q_min Q_max 可扩展最大上限	11 89 89	13 130 130	15 150 171	16 160 211	18 180 250	19 190 290	20 200 329
DN25 Q_min Q_max 可扩展最大上限	14 140 140	17 170 204	19 190 267	22 220 330	23 230 391	25 250 453	27 270 541
DN40 Q_min Q_max 可扩展最大上限	31 310 357	38 380 522	44 440 684	48 480 844	53 530 1003	57 570 1160	60 600 1317
DN50 Q_min Q_max 可扩展最大上限	52 520 558	63 630 816	73 730 1069	81 810 1320	88 880 1568	95 950 1813	101 1010 2058
DN80 Q_min Q_max 可扩展最大上限	122 1220 1429	148 1480 2090	170 1700 2738	188 1880 3379	205 2050 4013	221 2210 4642	235 2350 5269
DN100 Q_min Q_max 可扩展最大上限	175 1750 2233	212 2120 3266	242 2420 4278	269 2690 5279	293 2930 6270	315 3150 7254	336 3360 8233
DN125 Q_min Q_max 可扩展最大上限	262 2620 3489	317 3170 5103	363 3630 6685	404 4040 8249	440 4400 9798	473 4730 11334	504 5040 12864
DN150 Q_min Q_max 可扩展最大上限	350 3500 5025	423 4230 7348	484 4840 9627	538 5380 11879	586 5860 14019	631 6310 16321	672 6720 15824
DN200 Q_min Q_max 可扩展最大上限	700 7000 8933	846 8460 13064	969 9690 17115	1076 10760 21119	1173 11730 25083	1261 12610 29016	1344 13440 32993
DN250 Q_min Q_max 可扩展最大上限	1050 10500 13958	1269 12690 20412	1453 14530 26742	1641 16410 32998	1759 17590 39193	1892 18920 45337	2016 20160 51457
DN300 Q_min Q_max 可扩展最大上限	1750 17500 20100	2116 21160 29394	2422 24220 38509	2690 26900 47518	2932 29320 56438	3153 31530 65286	3359 33590 74099
DN350 Q_min Q_max 可扩展最大上限	2624 26240 27359	3174 31740 4008	3632 36320 52415	4035 40350 64677	4397 43970 76818	4730 47300 88862	5038 50380 100857
DN400 Q_min Q_max 可扩展最大上限	3149 31490 35734	3808 38080 52256	4359 43590 68461	4842 48420 84477	5277 52770 100334	5676 56760 116064	6047 60470 131732
DN500 Q_min Q_max 可扩展最大上限	4374 43740 55834	5289 52890 81650	6054 60540 106971	6725 67250 131995	7329 73290 156772	7883 78830 181351	8398 83980 205831
DN600 Q_min Q_max 可扩展最大上限	5599 55990 80401	6770 67700 117576	7749 77490 154038	8608 86080 190073	9381 93810 225752	10089 100890 261146	10749 107490 296397

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