一、用途與特點

氦氣流量計是一種采用壓電晶體作為檢測元件的新型應力檢測式氦氣流量計。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輸出、便于和計算機聯(lián)用等優(yōu)點。由于傳感器采用的檢測探頭與旋渦發(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)簡單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點。

氦氣流量計可用于各種氣體、液體和蒸汽的流量檢測及計量。

二、工作原理

氦氣流量計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)插入有一個近似為等腰三角形的柱體,柱體的軸線與被測介質(zhì)流動方向垂直,底面迎向流體。

當被測介質(zhì)流過柱體時,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排列的兩列旋渦即“渦街”。理論分析和實驗已證明,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)。是一個取決于柱體斷面形狀而與流體性質(zhì)和流速大小基本無關的常數(shù), Ｓr:0.17～0.18。

氦氣流量計的設計柱寬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),因此測得旋渦分離頻率ｆ,便測得了管內(nèi)平均流速,從而測得流量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)。

旋渦交錯分離,在柱體兩側(cè)及柱體后面的尾流中產(chǎn)生脈動的壓力,設在柱體內(nèi)部(或后面)的檢測探頭受到這種微小的脈動壓力的作用,使埋設在探頭內(nèi)的壓電晶體元件受到交變應力而產(chǎn)生交變電荷信號。該信號經(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。傳感器輸出的每一個脈沖將代表一定體積的被測流體。一段時間內(nèi)的輸出總脈沖數(shù),將代表這段時間內(nèi)流過傳感器的流體總體積。

三、主要參數(shù)及技術指標

1.使用條件及參數(shù)

環(huán)境溫度：-40～55℃;

相對濕度: 5％～90％;

大氣壓力: 86～106ｋＰａ;

被測流體是單相流體或可以認為是單相的流體;

流量計上下游有符合表１規(guī)定的直管:

2.技術參數(shù)

公稱通徑:25～300ｍｍ； 公稱壓力:2.5ＭＰａ、4.0ＭＰａ;

測量介質(zhì):液體、氣體、蒸汽; 精度等級:1.0級；

介質(zhì)溫度:-40～+350℃; 重 復 性:≤0.2％；

線 性 度:≤±1.0％; 本體材質(zhì):1Ｃr18Ｎi9Ｔi;

連接方式:法蘭卡裝式； 負載電阻:負載電阻不超過350Ω。

供電電源:電源電壓24Ｖ,ＤＣ;

輸出信號: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,檢測探頭19,連接支承桿10和檢測放大器殼體5與電子線路板6，以及其它配件組成。被測流體從流通本體流過時，檢測探頭測出旋渦分離信號,檢測放大器則將信號放大和變換,輸出供二次儀表接收的頻率信號。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

五、接線及安裝

1. 接線:

應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，一般配套相應的二次儀表進行流量測量。

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

(2). 流量傳感器可以直接與計算機聯(lián)用,用戶需要這樣使用時也需在訂貨時說明。此時采用三線制接線,系統(tǒng)應為傳感器提供＋24Ｖ,ＤＣ,30ｍＡ的直流電源，傳感器向計算機輸出５Ｖ（ＰＰ）電壓脈沖信號。

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

接線端子

2．安裝

(1). 安裝地點的選擇

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)設備的熱幅射時,應采取隔熱和通風措施。

b. 環(huán)境空氣:避免將流量計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措施。

c. 機械振動和沖擊:流量計的結(jié)構(gòu)是堅固的,不會因振動而損傷,但振動會產(chǎn)生干擾信號,若管道上的振動和沖擊強烈,而介質(zhì)流速又低,則可能導致干擾信號大于流量信號,造成示值誤差。因此,流量計應當盡可能安裝在振動和沖擊小的場所,安裝位置在5～20Ｈｚ的振動頻率下,要求振動加速度不大于1ｇ,否則應采取減振措施。例如在流量計安裝處振源來向的管道上加裝固定支撐。

d. 其它:流量計安裝地點周圍應有充裕的空間,安裝在高處的流量計應盡量有工作平臺,以便于安裝和維修。此外,為了維修檢查方便,附近應有可供測量儀器用的交流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)應有足夠長的直管段。直管段長度應符合表1的要求。

b. 在規(guī)定的直管段長度內(nèi),管道入流段與出流段目測應是平直的。為保證被測介質(zhì)滿管,傳感器應盡量避免安裝在調(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,流體流向應是自下而上的。

d. 需要在傳感器附近裝設取壓或測溫點時,取壓點應在傳感器前1Ｄ以外,測溫點應在傳感器5Ｄ以外。

(3). 渦街流量傳感器的安裝

本傳感器與相應的累積顯示儀配套,組成渦街流量計,它們在安裝時必須注意下列事項:

a. 被測介質(zhì)流向必須與傳感器流通本體上的流向箭頭標志一致。

b. 檢測放大器與傳感器是按照測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,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、螺母請在訂貨時一起訂購。當用戶自己解決時,法蘭尺寸、雙頭螺栓的長度參看圖五和表5及表6。

d. 安裝法蘭連接式傳感器時,要注意管道上的法蘭應與傳感器的法蘭規(guī)格一致,(法蘭尺寸按標準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,也可另購置本廠出品的單獨儀表箱。

六、檢查及調(diào)整

1、傳感器放大器靜態(tài)工作點如表7

靈敏度的調(diào)整

靈敏度的調(diào)整起抑制振動及其它干擾作用,防止在振動強烈的場合,引起信號的誤觸發(fā),造成計量不準確。靈敏度調(diào)整電位器Ｗ2在出廠時已調(diào)于適當位置。現(xiàn)場調(diào)整的目的是為了使儀表適應工作狀況,使其工作在狀態(tài),現(xiàn)場調(diào)整的主要目標是:

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

(2). 渦街信號的強度(信號幅度)適當,電路的脈沖信號連續(xù)而均勻,無漏信號和多觸發(fā)信號現(xiàn)象,各測試點波形如圖九所示。

達到(1)的目標的標志是:由放大器檢測點ＴＰ1觀察到的信號波形是較規(guī)則的(疊加有不大的噪聲信號)正弦波。信號頻率穩(wěn)定,且隨流量變化而變化。

如ＴＰ1信號不正常,應通過改善接地消除電氣干擾,減弱機械振動噪聲影響或糾正管道安裝對中不良,法蘭墊片放置不當?shù)仁剐盘栙|(zhì)量得到改善。

為達到輸出脈沖信號均勻連續(xù)、無多觸發(fā)或漏觸發(fā)現(xiàn)象,可用雙蹤示波器同時觀察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來實現(xiàn)。調(diào)整在無流量的情況下進行,打開傳感器前蓋,用示波器觀察ＴＰ3波形,如無流量時有方波信號,則反時針方向旋轉(zhuǎn)電位器Ｗ2,減少靈敏度,直至脈沖消失為止。當現(xiàn)場振動小,介質(zhì)流速又很低時,如靈敏度調(diào)得過低,則可能在有流量時無脈沖方波。這時應在管道流量為測量下限流量的情況下,順時針方向旋轉(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)。

應當兼顧到上述兩種情況,調(diào)整好Ｗ2的位置,使得在無流量時無脈沖輸出,而處于測量下限流量時有正常的脈沖輸出。

七、拆卸和重新裝配

維修和替換零件時,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、傳感器檢測放大器的拆裝

(1). 切斷電源;

(2). 打開檢測放大器側(cè)的蓋子;

線2條,信號輸出線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,先將引線插入各接線柱,扭緊螺絲,再將放大器組件的3 個螺釘對準安裝孔,固緊放大器固定螺釘。

2、檢測探頭的拆卸

當檢測探頭對外殼已短路(探頭引線對地絕緣電阻小于1ＭΩ)或已損壞無信號輸出時,需要更換探頭,此時應按以下順序操作:

(1). 按上述順序先拆下傳感器檢測放大器;

(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,然后取出檢測探頭;

(6). 重新安裝時,按上述步驟的逆順序進行。同時請注意以下幾點:

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準。

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，確認一下探頭與流通本體密封面無泄漏現(xiàn)象，(可用試壓泵試壓,試驗壓力按額定壓力的1.5倍考慮)。

八、維護及故障排除

1. 流量傳感器的正常使用,要求被測介質(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％。當被測介質(zhì)含雜質(zhì)較多時,如欲獲得較好的測量精度,應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,也可能來自顯示儀表,計算機的故障,還有可能來自管道和工況方面的原因,因此分析故障原因時應對系統(tǒng)作全面的考察。

3. 直接與傳感器有關的故障現(xiàn)象及處理方法可參考表