應力式渦街流量計檢測方法
更新時間：2010-10-26 點擊次數：3757次
| 目前，我廠已應用44臺瑞特自動化儀表廠生產的渦街流量計計量蒸汽流量。由于是新型儀表，對其性能、特點、一次件與二次表匹配及原理等方面缺乏了解，在使用中出現了許多問題，給維護、檢修人員帶來許多麻煩，因而有必要對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，是筆者經過親身實踐總結出的經驗，具有可信性和實用性，相信會對檢修人員的工作有所幫助。
做檢修工作之前，需準備下列儀器以提高維修、測試質量：數字頻率計1～2000Hz；超低頻示波器（雙蹤）；萬用表。 | 1 渦街流量計的基本工作原理 應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。傳感器表體由一個與公稱通徑相同的殼體和一個斷面為三角形的旋渦發生體構成。在旋渦發生體內裝有檢測元件，當流體流過柱體時，在其后部兩側交替產生兩列旋渦，一側旋渦分離的頻率與流速成正比。 式中 F——旋渦分離頻率；
v——柱側流速；
D——傳感器通徑；
d——旋渦發生體迎流面寬度；
Sr——斯特勞哈爾數（對一定柱型為常數）。
旋渦在柱體兩側交替產生時，將產生與流動方向垂直的橫向交變力，該力作用于柱體內檢測元件，使檢測元件內的壓電晶體產生與旋渦分離頻率相同的電荷信號，檢測放大器把電荷信號變換處理后，輸出與流量成正比例的脈沖信號到二次表，二次表對脈沖信號進行分頻，累積總量（體積）。另外，經F／I轉換到電流表，指示瞬時流量。 2 部件之間的信號傳輸（見圖1） 圖1 部件之間的信號傳輸 圖1中端子1，2為放大板的輸入端子，信號是交變的電荷信號，來自于壓電晶體探頭（端子1，2與探頭間是抗高溫特制導線）；端子C為放大板電源端子（＋12V），與二次表的端子C對應；端子B為放大板輸出信號端子、與二次表的B對應；A為放大板OV端子，與二次表的A對應，放大板與二次表間用AVPV型3芯屏蔽導線連接；端子6為放大板接地端子。
從上述可知，來自于探頭的交變電荷信號經放大板放大、整形后變成方波脈沖信號輸出至二次表，二次表對此方波信號進行分頻、累積，再經過f/I轉換變成電流信號送電流表，指示瞬時流量。 3 渦街流量計探頭的檢測 3.1 探頭結構（見圖2） 圖2 探頭結構 壓電晶體實質上是兩片，一片用于抗震動干擾，一片用于檢測。探頭引線是檢測片的兩根引線，探頭殼體由渦街體管壁插入，通過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
3.3.1 外觀檢查
殼體有無破損，探頭引線有無松動，密封瓷體是否由于溫度過高而由白色變成褐色或破裂。出現上述情況之一者，探頭可能損壞。
3.3.2 用萬用表“×10k”檔檢查探頭兩根引線，應為無窮大，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，示波器屏幕應有不規則正弦波出現，表示探頭完好，如圖4。 圖4 示波器圖形 如果沒有類似的圖形出現，說明探頭已損壞。
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，二次表瞬時流量表指示將有波動，說明探頭完好，但這種校驗方法應在放大板及二次表正常情況下進行，否則無效。
探頭經檢測為損壞后，無法修復。 4 渦街流量計放大板的檢修 我廠使用的渦街流量計放大板有兩種類型：圓板和方板。方板用于防爆場合。下面分別加以說明。
4.1 圓板
4.1.1 電路原理圖（見圖5） 圖5 檢測放大器原理圖 1）由圖5可知放大板從S1，S2端接收來自探頭的交變電荷信號，經放大整形變成方波信號，由B，A兩端輸出至二次表。
2）電路中應用了兩塊運放集成塊LM324N和LM358P。
LM324N為四運放集成塊，管腳圖如圖6。 圖6 LM324N管腳圖 LM358P為雙運放集成塊，管腳圖如圖7。 圖7 管腳圖 3）圖5中，W1為調增益電位器，W2為調靈敏度電位器。另外，圖中C13,C14,C32,C334個電容末給出參數值，這是因為在測量不同介質不同管徑時，這4個參數值是有變化的，見表1。因此，千萬注意，不同放大板是不能隨意互換的，需調整4個電容參數后，才能互換。 表1 介質為蒸汽時4個電容隨管徑的變化數據 | 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）儀器連線圖見圖8。數字頻率計發出標準頻率信號給放大板的輸入端S1和S2，示波器的兩路輸入分別監測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，各監測點波形如圖9。 圖9 各監測點波形
注：以上波形幅度未按比例繪制 3）上面的5個監測點實際上將電路分成了4個部分，我們可以按上面的波形分部分查找故障，使板很快修復。
例如：我們在檢查一塊放大板時，發現S1，S2及TP1的波形與上面相符，而TP2，TP3，OUT均成了直線。這樣就可判定問題一定出在C31～C41間。一查，發現是C32損壞，換上C32后，全部正常。在此過程中，波形查找應從后向前進行，每一部分器件的檢查應按電容、二極管、穩壓管、集成塊、電阻的順序，判斷好壞。
4.2 方板
方板電路設計主要加進了防爆因素，基本原理，輸入、輸出信號波形與圓板相同。因此，方板檢修可參照圓板檢修的程序進行，不再贅述。 5 渦街流量計二次表的檢修 渦街流量計二次表也分防爆型與普通型兩種，除防爆因素外，電路結構基本相同，現在以防爆型為例，說明檢修辦法。
5.1 電路原理圖（見圖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（見圖11）。 圖11 電路的3個組成部分 5.2 芯片介紹
在圖10電路中應用了幾個集成芯片，為檢查方便，下面對這幾個芯片加以介紹。
5.2.1 LM2907
它是頻率/電壓變換器芯片。管腳及內部結構如圖12。 圖12 頻率/電壓變送器芯片管腳及內部結構 1腳為輸入端，5腳為輸出端。6和7，13和14腳未用。調整C12,R12,W可以使滿度電流達到值；改變C13可改變信號響應速度。
5.2.2 MN4020
14級二進制串行計數器，管腳圖如圖13。 圖13 14級二進制串行計數器管腳圖 Clock10腳為信號輸入端，Q1～Q14逐級頻率以21／n規律下降的方波輸出。
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構成了V／I轉換電路。
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
儀器連線圖見圖14。 圖14 儀器連接圖 這里數字頻率計發出標準方波信號給二次表輸入端A及B，示波器的兩路輸入，一路監測上面的方波信號，一路檢測各檢測點，以判斷故障點。
5.3.2 二次表正常時，各監測點波形見表2。 表2 各檢測點波形 | | 測 點 | 波形或量值 | | A，B端 | 波形見圖1） 標準方波 | | 變電器輸出端 | 波形見圖15b） AC 16V | | C01兩端 | 波形見圖15c） | | C02兩端 | 波形見圖15d） DC +12V | | T01基極 | 波形見圖15e）+12V
＋11V f=f輸入 | | T01集板 | 波形見圖15f）＞10V
＜1V f=f輸入 | | I2，1腳 | 波形見圖15g） f=f輸入 | | I2，5腳 | 0～2．4V DC隨輸入信號f成正比變化 | | I1，1腳 | 0～V0 V DC隨輸入信號頻率正比例變化 | | | 但V0與負載有關 | | I3，16腳 | 波形見圖15h）＞10V
＜1V f=f輸入 | | Q4～Q14腳 | 逐級頻率以2（1）/（n）規律下降的方波 | | | 波形見圖15i）?。?0V | | 117,1腳 | 頻率為2（1）/（Q）的方波 | | 117，4．5腳 | 用電阻檔干測得通斷頻率為2（1）/（Q） | | 接線盒+12V端子 | 未接放大器時+12V | | | 帶放大器連校時+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。當然，如果對電路十分了解，也可先大致判斷故障部分，然后對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，這種辦法一般在現場常用。 | |
| 6 選型及使用方面注意事項 針對瑞特自動化儀表廠生產的渦街流量計，經過兩年多的使用，不僅在檢修方法上積累了一定經驗，而且在該流量計的選型及使用上也得到了不少教訓，這方面的經驗，對渦街流量計的正常運行至關重要。
6.1 選型注意事項
6.1.1 探頭的選擇
瑞特產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。如果在高溫場合選擇了普通探頭，使用一段時間后，探頭瓷封部分就會裂縫，引線脫落。
它們的區別有3個方面：瓷封材質、引線與探頭連接方式（點焊、高溫型；一般錫焊，普通型）和連桿長短（放大板渦街體之間的連桿，高溫型連桿長；普通型連桿短）。因此，在產品驗收時，一定要注意這三個方面是否與設計要求相符。
6.1.2 口徑選擇
渦街流量計雖然量程比較寬，但也要根據工藝實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間、不同季節，差異非常大。因此如果按原管路選擇渦街表口徑，就會造成計量精度下降，甚至不能計量的后果。
6.1.3 使用環境
從前面的分析可知，渦街表從檢測到量的累積，都是頻率信號傳輸。因此，如果使用地點磁場強大，必將影響頻率信號的傳輸質量，使用效果也不會理想。例如，我們在隔膜電解、離子膜電解廠房附近使用了三套渦街流量計，盡管采取了很多抑制干擾的措施，效果也不理想。
因此，在這種場合，應盡量避免使用這種計量
方式。
6.2 使用注意事項
從放大板及二次表的電路分析中，我們知道，瑞特自動化儀表廠產品中不同口徑的產品，電路中有些器件參數的設置就不同，即放大板，二次表與口徑之間具有針對性。因此，不同口徑之間的放大板與二次表不能隨意互換，要進行互換，必須按器件要求調校后，才能互換。
通過以上的介紹，我們已對渦街流量計原理、檢修方法及使用注意事項有了全面了解，相信此方法會對渦街流量計的應用大有幫助 |
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