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應(yīng)力式渦街流量計(jì)檢測(cè)方法

來(lái)源：淮安市瑞泰儀表有限公司 2016年03月28日 14:10

目前，我廠已應(yīng)用44臺(tái)瑞特自動(dòng)化儀表廠生產(chǎn)的渦街流量計(jì)計(jì)量蒸汽流量。由于是新型儀表，對(duì)其性能、特點(diǎn)、一次件與二次表匹配及原理等方面缺乏了解，在使用中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，給維護(hù)、檢修人員帶來(lái)許多麻煩，因而有必要對(duì)各部分的檢修方法加以研究，以利于他們的工作，提高儀表的三率。
　　本文論述的各部件檢修方法，是筆者經(jīng)過(guò)親身實(shí)踐總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，具有可信性和實(shí)用性，相信會(huì)對(duì)檢修人員的工作有所幫助。
　　做檢修工作之前，需準(zhǔn)備下列儀器以提高維修、測(cè)試質(zhì)量：數(shù)字頻率計(jì)1～2000Hz；超低頻示波器（雙蹤）；萬(wàn)用表。

1　渦街流量計(jì)的基本工作原理

　　應(yīng)力式渦街流量傳感器是基于“卡門渦街”原理而研制的新一代流體振蕩型儀表。傳感器表體由一個(gè)與公稱通徑相同的殼體和一個(gè)斷面為三角形的旋渦發(fā)生體構(gòu)成。在旋渦發(fā)生體內(nèi)裝有檢測(cè)元件，當(dāng)流體流過(guò)柱體時(shí)，在其后部?jī)蓚?cè)交替產(chǎn)生兩列旋渦，一側(cè)旋渦分離的頻率與流速成正比。

式中　F——旋渦分離頻率；
v——柱側(cè)流速；
D——傳感器通徑；
d——旋渦發(fā)生體迎流面寬度；
Sr——斯特勞哈爾數(shù)（對(duì)一定柱型為常數(shù)）。
旋渦在柱體兩側(cè)交替產(chǎn)生時(shí)，將產(chǎn)生與流動(dòng)方向垂直的橫向交變力，該力作用于柱體內(nèi)檢測(cè)元件，使檢測(cè)元件內(nèi)的壓電晶體產(chǎn)生與旋渦分離頻率相同的電荷信號(hào)，檢測(cè)放大器把電荷信號(hào)變換處理后，輸出與流量成正比例的脈沖信號(hào)到二次表，二次表對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻，累積總量（體積）。另外，經(jīng)F／I轉(zhuǎn)換到電流表，指示瞬時(shí)流量。

2　部件之間的信號(hào)傳輸（見(jiàn)圖1）

圖1　部件之間的信號(hào)傳輸

　　圖1中端子1，2為放大板的輸入端子，信號(hào)是交變的電荷信號(hào)，來(lái)自于壓電晶體探頭（端子1，2與探頭間是抗高溫特制導(dǎo)線）；端子C為放大板電源端子（＋12V），與二次表的端子C對(duì)應(yīng)；端子B為放大板輸出信號(hào)端子、與二次表的B對(duì)應(yīng)；A為放大板OV端子，與二次表的A對(duì)應(yīng)，放大板與二次表間用AVPV型3芯屏蔽導(dǎo)線連接；端子6為放大板接地端子。
從上述可知，來(lái)自于探頭的交變電荷信號(hào)經(jīng)放大板放大、整形后變成方波脈沖信號(hào)輸出至二次表，二次表對(duì)此方波信號(hào)進(jìn)行分頻、累積，再經(jīng)過(guò)f/I轉(zhuǎn)換變成電流信號(hào)送電流表，指示瞬時(shí)流量。

3　渦街流量計(jì)探頭的檢測(cè)

3.1　探頭結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）

圖2　探頭結(jié)構(gòu)

　　壓電晶體實(shí)質(zhì)上是兩片，一片用于抗震動(dòng)干擾，一片用于檢測(cè)。探頭引線是檢測(cè)片的兩根引線，探頭殼體由渦街體管壁插入，通過(guò)固定法蘭固定在渦街體管壁上。
3.2　探頭適用溫度
該探頭在300℃以下均能正常工作，zui高可抗320℃。如果溫度再高，將破壞密封瓷體，使探頭性能下降，甚至損壞探頭。
3.3　檢測(cè)
3.3.1　外觀檢查
殼體有無(wú)破損，探頭引線有無(wú)松動(dòng)，密封瓷體是否由于溫度過(guò)高而由白色變成褐色或破裂。出現(xiàn)上述情況之一者，探頭可能損壞。
3.3.2　用萬(wàn)用表“×10k”檔檢查探頭兩根引線，應(yīng)為無(wú)窮大，如果有阻值，探頭性能下降；如果在幾十千歐姆以下，探頭損壞。
3.3.3　用超低頻示波器檢查，連線如圖3。

圖3　示波器檢查連線示意圖

　　用物體輕敲探頭頭部，此時(shí)，示波器屏幕應(yīng)有不規(guī)則正弦波出現(xiàn)，表示探頭完好，如圖4。

圖4　示波器圖形

　　如果沒(méi)有類似的圖形出現(xiàn)，說(shuō)明探頭已損壞。
3.3.4　整體連校
按圖1將探頭、放大板、二次表連接好。用物體輕敲探頭頭部，此時(shí)，二次表瞬時(shí)流量表指示將有波動(dòng)，說(shuō)明探頭完好，但這種校驗(yàn)方法應(yīng)在放大板及二次表正常情況下進(jìn)行，否則無(wú)效。
探頭經(jīng)檢測(cè)為損壞后，無(wú)法修復(fù)。

4　渦街流量計(jì)放大板的檢修

　　我廠使用的渦街流量計(jì)放大板有兩種類型：圓板和方板。方板用于防爆場(chǎng)合。下面分別加以說(shuō)明。
4.1　圓板
4.1.1　電路原理圖（見(jiàn)圖5）

圖5　檢測(cè)放大器原理圖

　　1）由圖5可知放大板從S₁，S₂端接收來(lái)自探頭的交變電荷信號(hào)，經(jīng)放大整形變成方波信號(hào)，由B，A兩端輸出至二次表。
2）電路中應(yīng)用了兩塊運(yùn)放集成塊LM324N和LM358P。
LM324N為四運(yùn)放集成塊，管腳圖如圖6。

圖6　LM324N管腳圖

　　LM358P為雙運(yùn)放集成塊，管腳圖如圖7。

圖7　管腳圖

　　3）圖5中，W₁為調(diào)增益電位器，W₂為調(diào)靈敏度電位器。另外，圖中C₁₃,C₁₄,C₃₂,C₃₃4個(gè)電容末給出參數(shù)值，這是因?yàn)樵跍y(cè)量不同介質(zhì)不同管徑時(shí)，這4個(gè)參數(shù)值是有變化的，見(jiàn)表1。因此，千萬(wàn)注意，不同放大板是不能隨意互換的，需調(diào)整4個(gè)電容參數(shù)后，才能互換。

表1　介質(zhì)為蒸汽時(shí)4個(gè)電容隨管徑的變化數(shù)據(jù)

管徑 /mm	C₁₃/pF	C₁₄/pF	C₃₂/μF	C₃₃
40	390	390	0．033	3300pF
50	390	390	0．033	3300pF
80	390	390	0．047	8200pF
100	390	390	0．068	0．01μF
150	390	390	0．1	0．033μF
200	680	680	0．1	0．047μF
250	680	680	0．1	0．068μF
300	680	680	1	1μF

4.1.2　檢修方法
1）儀器連線圖見(jiàn)圖8。數(shù)字頻率計(jì)發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)給放大板的輸入端S₁和S₂，示波器的兩路輸入分別監(jiān)測(cè)放大板的輸入和方波輸出，二次表的連入主要是給放大板提供電源。

圖8　儀器連線示意圖

　　2）放大板正常時(shí)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形如圖9。

圖9　各監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形
注：以上波形幅度未按比例繪制

　　3）上面的5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際上將電路分成了4個(gè)部分，我們可以按上面的波形分部分查找故障，使板很快修復(fù)。
例如：我們?cè)跈z查一塊放大板時(shí)，發(fā)現(xiàn)S₁，S₂及TP₁的波形與上面相符，而TP₂，TP₃，OUT均成了直線。這樣就可判定問(wèn)題一定出在C₃₁～C₄₁間。一查，發(fā)現(xiàn)是C₃₂損壞，換上C₃₂后，全部正常。在此過(guò)程中，波形查找應(yīng)從后向前進(jìn)行，每一部分器件的檢查應(yīng)按電容、二極管、穩(wěn)壓管、集成塊、電阻的順序，判斷好壞。
4.2　方板
方板電路設(shè)計(jì)主要加進(jìn)了防爆因素，基本原理，輸入、輸出信號(hào)波形與圓板相同。因此，方板檢修可參照?qǐng)A板檢修的程序進(jìn)行，不再贅述。

5　渦街流量計(jì)二次表的檢修

　　渦街流量計(jì)二次表也分防爆型與普通型兩種，除防爆因素外，電路結(jié)構(gòu)基本相同，現(xiàn)在以防爆型為例，說(shuō)明檢修辦法。
5.1　電路原理圖（見(jiàn)圖10）

圖10　電路原理圖

　　由電路圖可知，該電路主要由3部分組成（見(jiàn)圖11）。

圖11　電路的3個(gè)組成部分

5.2　芯片介紹
在圖10電路中應(yīng)用了幾個(gè)集成芯片，為檢查方便，下面對(duì)這幾個(gè)芯片加以介紹。
5.2.1　LM2907
它是頻率/電壓變換器芯片。管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12。

圖12　頻率/電壓變送器芯片管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　1腳為輸入端，5腳為輸出端。6和7，13和14腳未用。調(diào)整C₁₂,R₁₂,W可以使?jié)M度電流達(dá)到值；改變C₁₃可改變信號(hào)響應(yīng)速度。
5.2.2　MN4020
14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，管腳圖如圖13。

圖13　14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器管腳圖

　　Clock10腳為信號(hào)輸入端，Q₁～Q₁₄逐級(jí)頻率以2^1／n規(guī)律下降的方波輸出。
5.2.3　LM358
該芯片在上面已做了介紹，不再累述。
這里是利用LM358的一半與電阻R₂₃，R₂₄構(gòu)成了V／I轉(zhuǎn)換電路。
5.2.4　ITL117光電耦合器
是輸入、輸出隔離器件。
5.3　檢修方法
5.3.1　儀器連線圖
儀器連線圖見(jiàn)圖14。

圖14　儀器連接圖

　　這里數(shù)字頻率計(jì)發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)給二次表輸入端A及B，示波器的兩路輸入，一路監(jiān)測(cè)上面的方波信號(hào)，一路檢測(cè)各檢測(cè)點(diǎn)，以判斷故障點(diǎn)。
5.3.2　二次表正常時(shí)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形見(jiàn)表2。

表2　各檢測(cè)點(diǎn)波形

測(cè)　點(diǎn)	波形或量值
A，B端	波形見(jiàn)圖1）　標(biāo)準(zhǔn)方波
變電器輸出端	波形見(jiàn)圖15b）　AC　16V
C₀₁兩端	波形見(jiàn)圖15c）
C₀₂兩端	波形見(jiàn)圖15d）　DC +12V
T01基極	波形見(jiàn)圖15e）+12V ＋11V　f=f輸入
T01集板	波形見(jiàn)圖15f）＞10V ＜1V　f=f輸入
I₂，1腳	波形見(jiàn)圖15g）　f=f輸入
I₂，5腳	0～2．4V　DC隨輸入信號(hào)f成正比變化
I₁，1腳	0～V₀　V　DC隨輸入信號(hào)頻率正比例變化
	但V₀與負(fù)載有關(guān)
I₃，16腳	波形見(jiàn)圖15h）＞10V ＜1V　f=f輸入
Q₄～Q₁₄腳	逐級(jí)頻率以2^（1）/（n）規(guī)律下降的方波
	波形見(jiàn)圖15i）　＞10V
117,1腳	頻率為2^（1）/（Q）的方波
117，4．5腳	用電阻檔干測(cè)得通斷頻率為2^（1）/（Q）
接線盒+12V端子	未接放大器時(shí)+12V
	帶放大器連校時(shí)+9.6V

圖15　波形

　　了解了上述波形及量值后，我們就可按上述波形或量值，按從后向前方式查找故障點(diǎn)。當(dāng)然，如果對(duì)電路十分了解，也可先大致判斷故障部分，然后對(duì)該部分按正常圖形查找。也可按整體連校辦法（二次表、放大板、探頭），查找故障點(diǎn)，這種辦法一般在現(xiàn)場(chǎng)常用。

6　選型及使用方面注意事項(xiàng)

　　針對(duì)瑞特自動(dòng)化儀表廠生產(chǎn)的渦街流量計(jì)，經(jīng)過(guò)兩年多的使用，不僅在檢修方法上積累了一定經(jīng)驗(yàn)，而且在該流量計(jì)的選型及使用上也得到了不少教訓(xùn)，這方面的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)渦街流量計(jì)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。
6.1　選型注意事項(xiàng)
6.1.1　探頭的選擇
　　瑞特產(chǎn)品的探頭分兩種類型，即普通型和高溫型。普通型可承受250℃以下高溫，高溫型可承受350℃以下高溫。如果在高溫場(chǎng)合選擇了普通探頭，使用一段時(shí)間后，探頭瓷封部分就會(huì)裂縫，引線脫落。
　　它們的區(qū)別有3個(gè)方面：瓷封材質(zhì)、引線與探頭連接方式（點(diǎn)焊、高溫型；一般錫焊，普通型）和連桿長(zhǎng)短（放大板渦街體之間的連桿，高溫型連桿長(zhǎng)；普通型連桿短）。因此，在產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)，一定要注意這三個(gè)方面是否與設(shè)計(jì)要求相符。
6.1.2　口徑選擇
　　渦街流量計(jì)雖然量程比較寬，但也要根據(jù)工藝實(shí)際狀況選用口徑尺寸。以蒸汽為例，目前我廠蒸汽管路尺寸普遍偏大，而蒸汽用量因不同時(shí)間、不同季節(jié)，差異非常大。因此如果按原管路選擇渦街表口徑，就會(huì)造成計(jì)量精度下降，甚至不能計(jì)量的后果。
6.1.3　使用環(huán)境
　　從前面的分析可知，渦街表從檢測(cè)到量的累積，都是頻率信號(hào)傳輸。因此，如果使用地點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)大，必將影響頻率信號(hào)的傳輸質(zhì)量，使用效果也不會(huì)理想。例如，我們?cè)诟裟る娊?、離子膜電解廠房附近使用了三套渦街流量計(jì)，盡管采取了很多抑制干擾的措施，效果也不理想。
　　因此，在這種場(chǎng)合，應(yīng)盡量避免使用這種計(jì)量
方式。
6.2　使用注意事項(xiàng)
　　從放大板及二次表的電路分析中，我們知道，瑞特自動(dòng)化儀表廠產(chǎn)品中不同口徑的產(chǎn)品，電路中有些器件參數(shù)的設(shè)置就不同，即放大板，二次表與口徑之間具有針對(duì)性。因此，不同口徑之間的放大板與二次表不能隨意互換，要進(jìn)行互換，必須按器件要求調(diào)校后，才能互換。
　　通過(guò)以上的介紹，我們已對(duì)渦街流量計(jì)原理、檢修方法及使用注意事項(xiàng)有了全面了解，相信此方法會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的應(yīng)用大有幫助

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