渦街流量計(jì)所受干擾分析及排除

      1 引言

      隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)目前生產(chǎn)的流量?jī)x表正朝渦街流量計(jì)方向發(fā)展。渦街流量計(jì)在流量計(jì)量中顯得日益重要。目前，渦街流量計(jì)的應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣泛，并受到用戶的歡迎。這主要是因?yàn)闇u街流量計(jì)使用比較方便，量程比較寬，壓力損失小，更換檢測(cè)元件無(wú)需重新標(biāo)定，既有就地指示，又可進(jìn)行運(yùn)傳，也省去了差壓變送器，充分顯示了它的性。

      由于渦街流量計(jì)是通過(guò)被檢測(cè)介質(zhì)產(chǎn)生的旋渦而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，易受干擾，因此在投運(yùn)中會(huì)遇到一些問(wèn)題。我廠恒興公司裝了10臺(tái)LUGB系列渦街流量計(jì)，測(cè)量氯氣和氯甲烷的流量，開(kāi)始運(yùn)行不正常，后來(lái)通過(guò)一段時(shí)間分析、改進(jìn)、基本上能正常運(yùn)行。本文介紹其投運(yùn)過(guò)程。

      2 工作原理

      渦街流量計(jì)又稱卡門旋渦流量計(jì)。它是利用流體自然振蕩的原理制成的一種旋渦分離型流量計(jì)。當(dāng)流體以足夠大的流速流過(guò)垂直于流體流向的物體時(shí)，若該物體的幾何尺寸適當(dāng)，則在物體的后面沿兩條平行直線產(chǎn)生整齊排列，轉(zhuǎn)向相反的旋渦列。旋渦列的個(gè)數(shù)，即渦街頻率和流體的流速成正比。因而，通過(guò)測(cè)量旋渦頻率，就可知道流體的流速，測(cè)出流體的流量。

      LUGB系列的旋渦發(fā)生體為三角柱形，如圖1所示。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流過(guò)柱形體時(shí)，在柱體兩側(cè)交替產(chǎn)生的旋渦不斷分離，分離的頻率與介質(zhì)流速成正比。

f=S_rV/d……………………（1）

式中：f--柱體測(cè)旋渦分離的頻率（Hz）；
        V--柱側(cè)流速（m/s）；
        d--柱體迎流面寬（m）
        S_r--斯特勞哈爾數(shù)（0.17-0.18）。

      LUGB系列流量變送器的設(shè)計(jì)柱寬d與流通管直徑D具有固定的比值。因此，流經(jīng)管內(nèi)的平均流速

      于是：

      由上式可知，只要測(cè)得旋渦分離頻率f，就可以測(cè)得平均流速，從而測(cè)得流量Q：

式中：F  變送器流通本體的流通面積（m²）；
         V  變送器流通本體的平均流速（m/s）。
         f   是通過(guò)設(shè)在柱體內(nèi)部的裝有壓電晶體的探頭測(cè)量的，經(jīng)放大以后，變換成脈沖信號(hào)。

      3 干擾現(xiàn)象及原因分析

      3.1 現(xiàn)象

      當(dāng)裝上的氯氣和氯甲烷渦街流量計(jì)試運(yùn)行時(shí)，流量為零，而5臺(tái)氯氣表的顯示值為137.5kg/h，5臺(tái)氯甲烷表的顯示值為27.5kg/h，并都伴有波動(dòng)現(xiàn)象，而實(shí)際上此時(shí)管道內(nèi)并無(wú)介質(zhì)流通。關(guān)于氯氣、氯甲烷的有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1

      3.2 原因分析

      出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是沒(méi)有對(duì)渦街流量計(jì)實(shí)行有效的隔離，同時(shí)工藝管道有振動(dòng)現(xiàn)象。由于沒(méi)有隔離的結(jié)果，直接導(dǎo)致了50Hz電磁的干擾。這個(gè)結(jié)論可由下面的推算予以論證：

      渦街流量計(jì)輸出的脈沖信號(hào)僅代表流體在一定公稱通徑下的體積流量，即：

                 Q＝3.6*f/KL………………（5）
                  M＝p*Q……………………（6）

式中：Q ―― 體積流量（m³/h）；
         KL―― LUGB渦街流量傳感器的儀表常數(shù)（L^-1）；
         f   ―― 渦街頻率（Hz）；
         p  ―― 設(shè)計(jì)條件下介質(zhì)密度（kg/m³）；
         M ―― 質(zhì)量流量（kg/h）。

      根據(jù)式（5）、（6）及表1，可求得干擾情況下渦街流量計(jì)受到的干擾頻率：

      （1）對(duì)于氯氣M_擾＝137.5kg/h

         f_擾 = M_擾KL/3.69
              = 137.5 *21.03÷（3.6 *16.07）
              ＝ 49.98Hz

      （2）對(duì)于氯甲烷

        M_擾= 27.5kg/h
        f_擾 = M_擾KL/1.69
             ＝27.5*75.219 ÷（3.6*11.522）
             = 49.87Hz

      顯然，10臺(tái)表都是受到了同一50Hz的干擾頻率，它來(lái)自220V的交流電。同時(shí)，加上工藝管道有時(shí)振動(dòng)，流量計(jì)的旋渦發(fā)生體受到振動(dòng)，產(chǎn)生脈沖輸出，致使顯示值有時(shí)上下波動(dòng)。

      4 干擾的排除

      排除上述干擾現(xiàn)象可采取以下四項(xiàng)措施，如圖2所示：

      ① 渦街流量計(jì)的一次線用屏蔽電纜，以屏蔽外界磁場(chǎng)的干擾；
      ② 渦街流量計(jì)的接地端子采用單獨(dú)接地，以避免受到其它電氣設(shè)備的電源干擾；
      ③ 渦街流量計(jì)的信號(hào)通過(guò)安全柵進(jìn)二次表；
      ④ 固定渦街流量計(jì)所在的工藝管道，以防止振動(dòng)。

      另外，如果有條件的話，還可以采用隔離變壓器將渦街流量計(jì)系統(tǒng)所用220VAC電源與總電源隔離。

      5 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及結(jié)論

      采取上述措施以后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行，10臺(tái)LUGB系列渦街流量計(jì)基本上正常，消除了“137.5”和“27.5”的干擾現(xiàn)象，能夠較準(zhǔn)確、迅速地反映氯氣、氯甲烷的流量變化，為的試車、開(kāi)車及生產(chǎn)出合格產(chǎn)品提供了較好的控制條件。