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氦氣流量計(jì)

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  • 更新時(shí)間2022/3/31 11:31:20
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流量?jī)x表 溫度儀表 壓力儀表
氦氣流量計(jì)的詳細(xì)資料:一、用途與特點(diǎn)氦氣流量計(jì)是一種采用壓電晶體作為檢測(cè)元件的新型應(yīng)力檢測(cè)式氦氣流量計(jì)
氦氣流量計(jì) 產(chǎn)品信息

氦氣流量計(jì)的詳細(xì)資料:

一、用途與特點(diǎn)

氦氣流量計(jì)是一種采用壓電晶體作為檢測(cè)元件的新型應(yīng)力檢測(cè)式氦氣流量計(jì)。該儀表具有量程比寬、精度高、壓力損失小、介質(zhì)通用性好、有與流量成正比的脈沖信號(hào)輸出、便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)。由于傳感器采用的檢測(cè)探頭與旋渦發(fā)生體分開安裝:而且耐高溫的壓電晶體不與介質(zhì)接觸,因此,儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。

氦氣流量計(jì)可用于各種氣體、液體和蒸汽的流量檢測(cè)及計(jì)量。

二、工作原理

氦氣流量計(jì)的基本原理是卡門渦街原理,即“渦街旋渦分離頻率與流速成正比”。

變送器流通本體直徑與儀表的公稱口徑基本相同。如圖一所示,流通本體內(nèi)插入有一個(gè)近似為等腰三角形的柱體,柱體的軸線與被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)方向垂直,底面迎向流體。

當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流過柱體時(shí),在柱體兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦,旋渦不斷產(chǎn)生和分離,在柱體下游便形成了交錯(cuò)排列的兩列旋渦即“渦街”。理論分析和實(shí)驗(yàn)已證明,旋渦分離的頻率與柱側(cè)介質(zhì)流速成正比。

式中:f── 柱體側(cè)旋渦分離的頻率(Hz);

V── 柱側(cè)流速(m/s);

d── 柱體迎流面寬度(m);

Sr── 斯特勞哈爾數(shù)。是一個(gè)取決于柱體斷面形狀而與流體性質(zhì)和流速大小基本無(wú)關(guān)的常數(shù), Sr:0.17~0.18。

氦氣流量計(jì)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V與柱側(cè)流速V有固定的比值:

由于上式中,d和D都是已知的結(jié)構(gòu)尺寸,而Sr是常數(shù),因此測(cè)得旋渦分離頻率f,便測(cè)得了管內(nèi)平均流速,從而測(cè)得流量Q:

Q=3600F·V

式中:

F──傳感器流通本體的流通面積(m2);

V──傳感器流通本體的平均流速(m/s)。

旋渦交錯(cuò)分離,在柱體兩側(cè)及柱體后面的尾流中產(chǎn)生脈動(dòng)的壓力,設(shè)在柱體內(nèi)部(或后面)的檢測(cè)探頭受到這種微小的脈動(dòng)壓力的作用,使埋設(shè)在探頭內(nèi)的壓電晶體元件受到交變應(yīng)力而產(chǎn)生交變電荷信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大器上的電荷變換、放大,濾波限幅和觸發(fā)整形處理后,輸出頻率與旋渦分離頻率相同的電流(或電壓)脈沖信號(hào)。傳感器輸出的每一個(gè)脈沖將代表一定體積的被測(cè)流體。一段時(shí)間內(nèi)的輸出總脈沖數(shù),將代表這段時(shí)間內(nèi)流過傳感器的流體總體積。

三、主要參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)

1.使用條件及參數(shù)

環(huán)境溫度:-40~55℃;

相對(duì)濕度: 5%~90%;

大氣壓力: 86~106kPa;

被測(cè)流體是單相流體或可以認(rèn)為是單相的流體;

流量計(jì)上下游有符合表1規(guī)定的直管:

管道情況

上游

下游

同心擴(kuò)管管,全開閘閥

18D

5D

同心收縮管,全開閘閥

15D

5D

90°直角彎頭

20D

5D

同平面二個(gè)90°彎頭

25D

5D

半開閘閥

50D

5D

不同平面二個(gè)90°彎頭

40D

5D

2.技術(shù)參數(shù)

公稱通徑:25~300mm; 公稱壓力:2.5MPa、4.0MPa;

測(cè)量介質(zhì):液體、氣體、蒸汽; 精度等級(jí):1.0級(jí);

介質(zhì)溫度:-40~+350℃; 重 復(fù) 性:≤0.2%;

線 性 度:≤±1.0%; 本體材質(zhì):1Cr18Ni9Ti;

連接方式:法蘭卡裝式; 負(fù)載電阻:負(fù)載電阻不超過350Ω。

供電電源:電源電壓24V,DC;

輸出信號(hào):電壓脈沖或電流脈沖,低電平4±0.5mA,高電平20±1mA;

流量范圍:見表2及其說(shuō)明A與B

四. 結(jié)構(gòu)及電路原理

1.傳感器的結(jié)構(gòu)

如圖二所示傳感器由流通本體14,三角柱15,檢測(cè)探頭19,連接支承桿10和檢測(cè)放大器殼體5與電子線路板6,以及其它配件組成。被測(cè)流體從流通本體流過時(shí),檢測(cè)探頭測(cè)出旋渦分離信號(hào),檢測(cè)放大器則將信號(hào)放大和變換,輸出供二次儀表接收的頻率信號(hào)。連接桿不僅起連接作用,并且還起到屏蔽及散熱作用。

2.傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸

各種不同口徑規(guī)格的傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸見圖三和表3

公稱直徑

內(nèi)徑

卡裝式本體

長(zhǎng)L

外徑D

總高H

20

20

80

76

344

25

25

80

76

344

40

39

80

76

335

50

49

80

86

346

65

64

80

102

362

80

79

80

112

374

100

99

80

132

395

125

125

80

175

433

150

149

80

202

458

200

207

100

258

515

250

259

120

311

568

300

309

140

362

618

 

五、接線及安裝

1. 接線:

應(yīng)力式渦街流量傳感器輸出為電流(兩線制)或電壓(三線制)脈沖信號(hào),一般配套相應(yīng)的二次儀表進(jìn)行流量測(cè)量。

(1). 安裝傳感器的管道及放大器殼體應(yīng)有良好的接地(接地電阻不大于10Ω)。

(2). 流量傳感器可以直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)用,用戶需要這樣使用時(shí)也需在訂貨時(shí)說(shuō)明。此時(shí)采用三線制接線,系統(tǒng)應(yīng)為傳感器提供+24V,DC,30mA的直流電源,傳感器向計(jì)算機(jī)輸出5V(PP)電壓脈沖信號(hào)。

(3). 傳感器與流量積算儀(二次儀表)之間導(dǎo)線長(zhǎng)度一般限制在200米以內(nèi)。傳輸距離超過200米時(shí),應(yīng)通過實(shí)地接線試驗(yàn),保證線路的衰減和引入的干擾不影響儀表正常測(cè)量。

接線端子

2.安裝

(1). 安裝地點(diǎn)的選擇

a. 環(huán)境溫度:傳感器的工作環(huán)境溫度不低于-40℃,不高于+55℃,如受到生產(chǎn)設(shè)備的熱幅射時(shí),應(yīng)采取隔熱和通風(fēng)措施。

b. 環(huán)境空氣:避免將流量計(jì)安裝在含腐蝕性氣體的環(huán)境中,如只能安裝在含腐蝕性氣體的環(huán)境中,則需提供充分的排風(fēng)措施。

c. 機(jī)械振動(dòng)和沖擊:流量計(jì)的結(jié)構(gòu)是堅(jiān)固的,不會(huì)因振動(dòng)而損傷,但振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào),若管道上的振動(dòng)和沖擊強(qiáng)烈,而介質(zhì)流速又低,則可能導(dǎo)致干擾信號(hào)大于流量信號(hào),造成示值誤差。因此,流量計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能安裝在振動(dòng)和沖擊小的場(chǎng)所,安裝位置在5~20Hz的振動(dòng)頻率下,要求振動(dòng)加速度不大于1g,否則應(yīng)采取減振措施。例如在流量計(jì)安裝處振源來(lái)向的管道上加裝固定支撐。

d. 其它:流量計(jì)安裝地點(diǎn)周圍應(yīng)有充裕的空間,安裝在高處的流量計(jì)應(yīng)盡量有工作平臺(tái),以便于安裝和維修。此外,為了維修檢查方便,附近應(yīng)有可供測(cè)量?jī)x器用的交流220V電源插座。

(2). 管道安裝與要求

a. 傳感器上游側(cè)和下游側(cè)應(yīng)有足夠長(zhǎng)的直管段。直管段長(zhǎng)度應(yīng)符合表1的要求。

b. 在規(guī)定的直管段長(zhǎng)度內(nèi),管道入流段與出流段目測(cè)應(yīng)是平直的。為保證被測(cè)介質(zhì)滿管,傳感器應(yīng)盡量避免安裝在調(diào)節(jié)閥、半開閘閥的下游。一般情況下不在擴(kuò)大管后安裝流量傳感器。

c. 本傳感器可垂直、水平或其它任何角度安裝,將傳感器安裝在垂直或傾斜管道上時(shí),流體流向應(yīng)是自下而上的。

d. 需要在傳感器附近裝設(shè)取壓或測(cè)溫點(diǎn)時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器前1D以外,測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器5D以外。

(3). 渦街流量傳感器的安裝

本傳感器與相應(yīng)的累積顯示儀配套,組成渦街流量計(jì),它們?cè)诎惭b時(shí)必須注意下列事項(xiàng):

a. 被測(cè)介質(zhì)流向必須與傳感器流通本體上的流向箭頭標(biāo)志一致。

b. 檢測(cè)放大器與傳感器是按照測(cè)量范圍和公稱通徑配套的,不能互換。

c. 安裝卡裝式流量傳感器時(shí),可通過專用凹面法蘭的凹面保證管道和傳感器流通本體同心。并注意密封墊不能深入管中。

安裝用的凹面法蘭和雙頭螺栓、螺母請(qǐng)?jiān)谟嗀洉r(shí)一起訂購(gòu)。當(dāng)用戶自己解決時(shí),法蘭尺寸、雙頭螺栓的長(zhǎng)度參看圖五和表5及表6。

d. 安裝法蘭連接式傳感器時(shí),要注意管道上的法蘭應(yīng)與傳感器的法蘭規(guī)格一致,(法蘭尺寸按標(biāo)準(zhǔn)JB81-59)密封墊不要深入管內(nèi)。

e. 與傳感器配套的累積顯示儀表,可集中裝在儀表盤上,也可另購(gòu)置本廠出品的單獨(dú)儀表箱。

六、檢查及調(diào)整

1、傳感器放大器靜態(tài)工作點(diǎn)如表7

電 源      

T01集電極

DZ2

TP1

TP2

TP3

輸 出

24  

21~22

6.8

4.5~5 

1

4.5~5

0

靈敏度的調(diào)整

靈敏度的調(diào)整起抑制振動(dòng)及其它干擾作用,防止在振動(dòng)強(qiáng)烈的場(chǎng)合,引起信號(hào)的誤觸發(fā),造成計(jì)量不準(zhǔn)確。靈敏度調(diào)整電位器W2在出廠時(shí)已調(diào)于適當(dāng)位置。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的目的是為了使儀表適應(yīng)工作狀況,使其工作在狀態(tài),現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的主要目標(biāo)是:

(1). 使傳感器在使用條件下獲得有規(guī)則的、電氣和機(jī)械干擾噪聲較小的渦街信號(hào)。

(2). 渦街信號(hào)的強(qiáng)度(信號(hào)幅度)適當(dāng),電路的脈沖信號(hào)連續(xù)而均勻,無(wú)漏信號(hào)和多觸發(fā)信號(hào)現(xiàn)象,各測(cè)試點(diǎn)波形如圖九所示。

達(dá)到(1)的目標(biāo)的標(biāo)志是:由放大器檢測(cè)點(diǎn)TP1觀察到的信號(hào)波形是較規(guī)則的(疊加有不大的噪聲信號(hào))正弦波。信號(hào)頻率穩(wěn)定,且隨流量變化而變化。

如TP1信號(hào)不正常,應(yīng)通過改善接地消除電氣干擾,減弱機(jī)械振動(dòng)噪聲影響或糾正管道安裝對(duì)中不良,法蘭墊片放置不當(dāng)?shù)仁剐盘?hào)質(zhì)量得到改善。

為達(dá)到輸出脈沖信號(hào)均勻連續(xù)、無(wú)多觸發(fā)或漏觸發(fā)現(xiàn)象,可用雙蹤示波器同時(shí)觀察TP2和TP3的波形并互相配合地調(diào)整增益電位器W1和觸發(fā)靈敏度電位器W2來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整在無(wú)流量的情況下進(jìn)行,打開傳感器前蓋,用示波器觀察TP3波形,如無(wú)流量時(shí)有方波信號(hào),則反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)電位器W2,減少靈敏度,直至脈沖消失為止。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)小,介質(zhì)流速又很低時(shí),如靈敏度調(diào)得過低,則可能在有流量時(shí)無(wú)脈沖方波。這時(shí)應(yīng)在管道流量為測(cè)量下限流量的情況下,順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)W2提高靈敏度直至出現(xiàn)正常的脈沖輸出為止(參見圖十)。

應(yīng)當(dāng)兼顧到上述兩種情況,調(diào)整好W2的位置,使得在無(wú)流量時(shí)無(wú)脈沖輸出,而處于測(cè)量下限流量時(shí)有正常的脈沖輸出。

七、拆卸和重新裝配

維修和替換零件時(shí),可參閱傳感器的結(jié)構(gòu)圖(圖二),

接下述順序拆卸和裝配。

1、傳感器檢測(cè)放大器的拆裝

(1). 切斷電源;

(2). 打開檢測(cè)放大器側(cè)的蓋子;

線2條,信號(hào)輸出線2條,接地線1條;

(4). 松開固定放大器的3顆螺釘,垂直拿出放大器線路板;

(5). 重新安裝時(shí),先將引線插入各接線柱,扭緊螺絲,再將放大器組件的3 個(gè)螺釘對(duì)準(zhǔn)安裝孔,固緊放大器固定螺釘。

2、檢測(cè)探頭的拆卸

當(dāng)檢測(cè)探頭對(duì)外殼已短路(探頭引線對(duì)地絕緣電阻小于1MΩ)或已損壞無(wú)信號(hào)輸出時(shí),需要更換探頭,此時(shí)應(yīng)按以下順序操作:

(1). 按上述順序先拆下傳感器檢測(cè)放大器;

(2). 用M4六角匙拆下內(nèi)六角螺栓11;

(3). 取出壓緊螺塞7,鋼墊圈8及橡膠密封墊圈9;

(4). 用M6六角匙拆下內(nèi)六角螺栓12,讓支承桿與流通本體分離開;

(5). 用M5六角匙拆下內(nèi)六角螺栓17,然后取出檢測(cè)探頭;

(6). 重新安裝時(shí),按上述步驟的逆順序進(jìn)行。同時(shí)請(qǐng)注意以下幾點(diǎn):

a.探頭密封墊要更換新的。

b.探頭上的定位銷和流通本體上的定位銷孔對(duì)準(zhǔn)。

c.探頭的緊固螺栓要均勻地固緊,探頭尾部與旋渦發(fā)生體(三角柱)后部要同在一條軸線上。

d.裝配后,確認(rèn)一下探頭與流通本體密封面無(wú)泄漏現(xiàn)象,(可用試壓泵試壓,試驗(yàn)壓力按額定壓力的1.5倍考慮)。

八、維護(hù)及故障排除

1. 流量傳感器的正常使用,要求被測(cè)介質(zhì)為單相流體。液體中允許有少量的氣泡或固體顆粒,氣體中允許有少量的液霧或粉塵。飽和蒸汽的干度不低于85%。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)含雜質(zhì)較多時(shí),如欲獲得較好的測(cè)量精度,應(yīng)考慮定期清洗傳感器的流通部份。

2. 流量顯示不正常的原因可能由于傳感器故障,也可能來(lái)自顯示儀表,計(jì)算機(jī)的故障,還有可能來(lái)自管道和工況方面的原因,因此分析故障原因時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)作全面的考察。

3. 直接與傳感器有關(guān)的故障現(xiàn)象及處理方法可參考表

故障現(xiàn)象

可能原因及處理方法

接通電源后,檢測(cè)放大器無(wú)脈沖信號(hào)輸出。

1.管內(nèi)無(wú)流量或流量太少。

2.放大器供電不正確或有某個(gè)元件損壞。

3.放大器增益太小或觸發(fā)靈敏度太低,需適當(dāng)調(diào)整W1 或W2。

管內(nèi)無(wú)流量,但傳感器有信號(hào)輸出。

1.儀表接地不良引入干擾。

2.管道有過分強(qiáng)烈的振動(dòng)。

3.放大器增益太大或觸發(fā)靈敏度太高,需適當(dāng)調(diào)整W1 或W2

流量顯示值明顯偏大、偏小或流量指示擺動(dòng)過大。

1.安裝不正確或不當(dāng)。

2.放大器觸發(fā)靈敏度或增益調(diào)整不當(dāng),需適當(dāng)調(diào)整W1或W2。

3.二次儀表系數(shù)置入不當(dāng)。


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