應(yīng)力式渦街流量計(jì)檢測(cè)方法.doc

1、應(yīng)力式渦街流量計(jì)檢測(cè)方法王鐵山摘要：簡(jiǎn)要介紹渦街流量計(jì)的原理，重點(diǎn)說明渦街流量計(jì)的各種檢修方法，并總結(jié)了實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：渦街流量計(jì)；檢修方法；探頭；放大器；二次儀表；芯片；波形分類號(hào)：th814文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：b文章編號(hào)：1007-7324（2000）01-0076-05目前，我廠已應(yīng)用44臺(tái)龍口自動(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)了許多問題，給維護(hù)、檢修人員帶來許多麻煩，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)過親身實(shí)踐總結(jié)出的

2、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)12000hz；超低頻示波器(雙蹤)；萬用表。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

3、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)fi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

4、；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(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，最高可抗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外觀檢查殼體有無破損，探頭引線有無松動(dòng)，密封瓷體是否由于

5、溫度過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用萬用表“10k”檔檢查探頭兩根引線，應(yīng)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(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示波器圖形如果沒有類似的圖形出現(xiàn)，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(shí)，二次表瞬時(shí)流量表指示將有波動(dòng)，說明探頭完好，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，否則無效。探頭經(jīng)檢測(cè)為損壞后，無法修復(fù)。4渦

6、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。下面分別加以說明。4.1圓板4.1.1電路原理圖(見圖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6lm324n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)

7、，這4個(gè)參數(shù)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(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/mmc13/pfc14/pfc32/fc334039039000333300pf5039039000333300pf8039039000478200pf1003903900068001f150390390010033f200680680010047f250680680010068f30068068011f4.1.2檢修方法1)儀器連線圖見圖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

8、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。這樣就可判定問題一定出在c31c41間。一查，發(fā)現(xiàn)是c32損壞，換上c32后，全部正常。在此過程中，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

9、、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(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。5.2.1lm2907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

10、使?jié)M度電流達(dá)到精確值；改變c13可改變信號(hào)響應(yīng)速度。5.2.2mn402014級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，管腳圖如圖13。圖1314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，q1q14逐級(jí)頻率以21n規(guī)律下降的方波輸出。5.2.3lm358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vi轉(zhuǎn)換電路。5.2.4itl117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(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

11、.2二次表正常時(shí)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形見表2。表2各檢測(cè)點(diǎn)波形測(cè)點(diǎn)波形或量值a，b端波形見圖15a)標(biāo)準(zhǔn)方波變電器輸出端波形見圖15b)ac16vc01兩端波形見圖15c)c02兩端波形見圖15d)dc +12vt01基極波形見圖15e)+12v11vf=f輸入t01集板波形見圖15f)10v1vf=f輸入i2，1腳波形見圖15g)f=f輸入i2，5腳024vdc隨輸入信號(hào)f成正比變化i1，1腳0v0vdc隨輸入信號(hào)頻率正比例變化但v0與負(fù)載有關(guān)i3，16腳波形見圖15h)10v1vf=f輸入q4q14腳逐級(jí)頻率以2(1)/(n)規(guī)律下降的方波波形見圖15i)10v117,1腳頻率為2(1)/(q)的

12、方波117，45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)龍口自動(dòng)化儀表廠生產(chǎn)的渦街流量計(jì)，經(jīng)過兩年多的使用，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

13、的選擇龍口產(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，龍口自動(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