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氣體渦街流量計計量特性
發布時間:2019-09-10

摘 要:渦街流量計是工業生產應用中常見的流體計量裝置,應用十分廣泛,但在現場檢測與應用中,氣體渦街流量計的檢測效果往往受到多種因素的影響,導致檢測結果準確性較差。筆者針對氣體渦街流量計,明確其固有特性與計量特性,總結氣體渦街流量計計量中常見的問題,并提出具體的解決方法。
  渦街流量計被普遍應用于流體計量檢測,由于其具有量程范圍較大,測量精度相對較高,測量的穩定性、可靠性較高,后期維修保護工作容易開展等一系列應用優勢,得到了工業生產企業的青睞并廣泛應用在多個氣體流量檢測領域。氣體渦街流量計在現場投入使用的過程中,會出現較多的問題影響測量效果,大部分問題出現的主要原因是缺乏對氣體渦街流量計計量特性的充分考慮。因此,筆者從氣體渦街流量計計量特性出發,對計量中常見問題及解決方法進行以下探究。
1 氣體渦街流量計的固有特性
1.1 氣體渦街流量計計量原理
  氣體渦街流量計的測量原理是應用渦街發生體,讓流體在管內行成漩渦,漩渦脫落并逐漸向下傳播,行成漩渦列,該現象被稱作卡門渦街,渦街流量計也因此得名。氣體渦街流量計測量流體體積的結果主要受到渦街頻率、渦街流量計儀表系數兩大因素的影響,計量表系數與流體特性無關,與流量計流通管橫截面積與渦街發生體迎流面寬度有關。其中,渦街頻率與流體流速之間成線性正比關系。渦街流量計正是充分利用了以上關系與特性,來計算得出氣體流量。
1.2 固有特性分析
  從氣體渦街流量計測量原理可以看出,其具有三大固有特性:一是渦街流量計測量流體計算的過程中,受到系數的影響,計算方式與壓差類流量計有所不同;二是渦街流量計瞬時流量的計算與漩渦產生的數量有關,如果測量環境中包含復雜的干擾因素,影響漩渦產生個數,則測量的準確度會受到影響;三是從本質上來看,渦街流量計采用數字信號測量的方式,有漩渦則判斷為有信號,無漩渦則判斷為無信號,因此具有數字測量的固有特性,與模擬信號測量流量計存在顯著差別。正是因為渦街流量計數字信號測量原理的特性,其流體體積測量精讀較高,但如果受到信號干擾,則會嚴重影響測量結果,由于渦街流量計是根據信號頻率來進行測量,因此測量數值的誤差往往與干擾的強度有直接關系。為了較少干擾信息與測量結果的影響,可采用濾波器對信號降低干擾信號幅度,從而提高測量結果的準確性。
2 氣體渦街流量計的計量特性
  受到氣體渦街流量計固有特性的影響,其計量特性主要受到口徑選擇、測量范圍上下限、計量規格等因素的影響。目前,我國大部分工業生產在應用渦街流量計的過程中,出現運行不良、檢測結果誤差嚴重等情形,大部分問題出現的原因是計量上限、下限的預估偏差,亦或者是直管段長度不足,導致測量精度不高、測量誤差較大。針對以上問題,應進一步明確氣體渦街流量計的計量上限、下限特性,具體分析如下。
2.1 計量下限特性
  渦街流量計下限并非是特定值,即使氣體渦街流量計和氣體狀態均不發生變化,計量下限也有可能會產生一定的變化。計量下限受到氣體密度、干擾強度、低端頻響等因素的影響,如果氣體流量低于氣體渦街流量計的計量下限,通常情況下可能會出現計量示值為零、計量趨勢異常的現象。渦街流量計計量下限變化范圍較大,難以準確預估下限計量數據。充分考慮渦街流量計的計量下限,應充分考慮計量下限特性,對流量計量下限進行查詢。渦街流量計的測量下限受干擾影響較大,低于下限的流量難以給出有意義的計量數據,因此應對干擾信號進行排除,避免大誤差的出現。在實際應用氣體渦街流量計的時候發現,影響計量下限特性的主要因素包括渦街流量計的抗干擾能力、環境中的干擾強度兩個方面。渦街流量計應按照干擾信號的幅度對干擾信號進行剔除,首先對檢測信號的幅度進行識別,如果不在標準范圍內則判定為干擾信號,對信號不進行計數。通常情況下,渦街流量計計量的流量越小,信號幅度越弱,設置的干擾信號識別門限越高,這也是渦街流量計計量下限最主要的特性之一。
2.2 計量上限特性
  渦街流量計計量上限特性較為明顯,如果在檢測的過程中氣體流量超出上線,則誤差相差的結果較大,甚至會產生安全危險,嚴重影響氣體流量的檢測情況。渦街流量計計量上線信號處理通常受到多種因素的影響,包括高端品香特性、發生體的抗載能力、氣體流速上限等。針對渦街流量計計量上限,結合計量原理的特性,應主要考慮兩個方面,一是超限倒走現象,二是傳感器或者發生體出現斷裂的現象。通常情況下,氣體計量與渦街的穩定性叫著較大的關系,檢測氣體流量越大,渦街的穩定性越差,此時如果超出流量上限,則會產生倒走現象,氣體流量越大計量的結果越小。倒走現象的出現導致計量結果誤差過大。采用部分算法技術可以減少倒走現象的出現,部分廠家為了提高氣體渦街流量計的整體性能采用了較多的算法來減小倒走誤差,但是算法的使用同樣也存在較高的風險。氣體流量超出檢測上限的情況下渦街流量計已經難以承受,此時很有可能會對流量計帶來損傷,傳感器受到損壞影響后續使用,甚至傳感器和發生體會與諧波產生共振,進而導致流量計部件產生斷裂,嚴重影響后續渦街流量計的使用,增加了維修和保護的成本費用。
3 計量中的常見問題及解決方法
  基于以上對氣體渦街流量計的固有特性和計量特性進行分析,能夠看出在具體應用渦街流量計的過程中會出現較多的常見問題,常見問題的出現通常情況下會嚴重影響計量示值的準確度,甚至嚴重情況會損壞渦街流量計的部分元件。針對以上問題,應采取適當的解決方法,具體分析如下:
3.1 口徑選擇
  氣體渦街流量計在使用的過程中,對管道設計以及安裝的要求較高,如果沒有按照具體的安裝和計量要求進行設計,則會嚴重影響氣體渦街流量計的計量特性。同時,不同的氣體流量、用氣量應采用不同的管道口徑,如果用氣量較大而管道口徑選擇較小,則會影響計量準確度,出現計量誤差。為了解決該問題,在實際應用渦街流量計的時候,應充分考慮到渦街流量計安裝設計要求,選擇合適口徑,確保符合用氣量。
3.2 環境影響
  從渦街流量計的固有特性可以看出,計量過程中容易受到環境中干擾因素的影響,環境振動產生的信號會影響渦街流量計的示值。為了提高渦街流量計的抗干擾性,部分廠家采用調整參數的方式消除振動干擾的影響。氣體渦街流量計的部分元件對環境中的溫濕度較為敏感,在進行氣體計量的過程中,應對溫度、濕度情況進行嚴格把控,采取適當的控溫措施,防止渦街流量計中的部分元件毀壞。
3.3 電磁干擾
  在電磁干擾方面,部分工業生產環境中用電設備較多,電源頻率對渦街流量計的計量也會產生影響,在部分特殊情況下會導致示值的增加。為了降低電源干擾,應采取適當防干擾措施,并加強對電磁干擾情況的重視。渦街流量計在計量的過程中周圍應盡量避免用電設備,減少環境中的電磁干擾。
3.4 后期維護
  氣體渦街流量計的長期穩定應用離不開維修和保護工作,在現場應用的過程中出現接線錯誤等問題,則及時閱讀說明書或者咨詢生產廠家,予以解決。如果氣體渦街流量計內部元件出現了問題,例如發生體出現損壞等,則應采取電容值測試的方式對發生體的損壞情況進行判斷,實際損壞則及時更換。為了避免渦街流量計關鍵部件的損壞,在實際應用的過程中應加大流量,防止壓電晶體與殼體之間有細微顆粒的存留,亦或者定期對氣體渦街流量計進行維護工作,拆下發生體進行清洗,確保后續的正常使用。
4 結論
  通過對氣體渦街流量計的固有特性進行分析,明確了其計量的基本原理、固有特性以及計量上限、下限特性,并針對口徑選擇、環境影響、電磁干擾、后期維護中出現的常見問題,提出了具體的解決對策,為相關工作人員提供參考。

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