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關(guān)于兩線制渦街流量計(jì)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方案介紹(下)
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3 渦街流量計(jì)設(shè)計(jì)的改進(jìn)完善
渦街流量計(jì)研發(fā)成功投入市場以來，現(xiàn)場運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)的信號處理器在設(shè)計(jì)方面存在一些不完善之處，在現(xiàn)場電磁干擾較強(qiáng)場合會影響儀表的測量精度，因此需要對信號處理器電路及結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
3.1 電源浮地問題的改進(jìn)
由于渦街流量計(jì)的供電電源要求浮地，因此爆炸環(huán)境條件下使用的渦街流量計(jì)配有隔離式安全柵。在非爆炸性環(huán)境條件下，由于現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)24V供電電源負(fù)端直接接地，用戶沒有按照要求對電源進(jìn)行浮地處理，造成渦街流量計(jì)不能正常工作，甚至損壞電路板中元器件。因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備大部分為防止電磁干擾，需要電源直接接地，本渦街流量計(jì)電源單獨(dú)需要浮地，用戶需單獨(dú)為本渦街流量計(jì)提供電源，給用戶增加成本，因此需對渦街流量計(jì)的信號處理器進(jìn)行改造，解決電源需要浮地的問題。
通過實(shí)驗(yàn)改變頻電轉(zhuǎn)換板中集成塊的工作電壓，使集成塊的電源地與渦街流量計(jì)的24V DC直流電源直接相連；給信號放大器的輸入信號端增加電位平移電路，同時改進(jìn)電壓電流轉(zhuǎn)換電路。經(jīng)過上述改進(jìn)電路試驗(yàn)，渦街流量計(jì)電源可以直接接地，解決了渦街流量計(jì)供電電源需要浮地的問題，方便了用戶的使用。 在爆炸性環(huán)境條件下使用時，安全柵可以選用普通型，不用再選擇隔離式安全柵了。
3.2 流量波動較大問題的改進(jìn)辦法
由于渦街流量計(jì)采用兩線制電路，輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA信號，信號處理器的自身功耗不能過大。因此對渦街流量傳感器信號的放大、濾波等處理電路不能太復(fù)雜，需要靠調(diào)整部分元器件的參數(shù)值來滿足不同介質(zhì)和不同測量范圍。出廠標(biāo)定時，因?yàn)闃?biāo)定現(xiàn)場電磁干擾、振動干擾等影響因素較弱，標(biāo)定好的參數(shù)在用戶現(xiàn)場因?yàn)榄h(huán)境不同、干擾信號強(qiáng)弱不同，現(xiàn)場測量出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，特別是在流量較低時，流量波動較大，必須派維修人員到現(xiàn)場進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，因此在電路板設(shè)計(jì)時將幾組參數(shù)的元器件同時焊接在電路板上，調(diào)試維修時通過撥動開關(guān)加以組合選擇，用戶就可以現(xiàn)場調(diào)試，方便用戶的使用，提高了測量的精度。
3.3 渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
3.3.1 接線端子的改進(jìn)
渦街流量計(jì)為方便用戶現(xiàn)場觀察流量變化，設(shè)計(jì)帶有現(xiàn)場指示的4～20mA流量表頭。接線時需要將指示表頭拆下來，接線后需要重新安裝表頭，給現(xiàn)場施工人員帶來不便。針對這個問題，改進(jìn)了渦街流量計(jì)的信號處理器殼體結(jié)構(gòu)，將接線端子調(diào)整到線路板一側(cè)，表頭一側(cè)不再進(jìn)行接線，方便了儀表的安裝。
3.3.2 指示表頭線路的改進(jìn)
現(xiàn)場指示表頭串聯(lián)在4～20mA電流輸出電路中，一旦表頭出現(xiàn)損壞斷路，造成渦街流量計(jì)無法正常工作?，F(xiàn)場指示表頭的指針靈敏度高，在運(yùn)輸和使用過程中極易出現(xiàn)指針卡住、指示不準(zhǔn)或損壞現(xiàn)象，除了選擇質(zhì)量可靠的指示表頭廠家外，同時在電路中加以改進(jìn)。在表頭后正向并一個開關(guān)二極管，表頭出現(xiàn)損壞后，渦街流量計(jì)仍然能正常工作。
在表頭后正向并聯(lián)開關(guān)二極管即能解決表頭損壞后渦街流量計(jì)仍能正常供電工作問題，也不會對測量結(jié)果造成影響。因?yàn)殡娏鞅肀眍^的內(nèi)阻約為6Ω左右，正常工作時通過表頭的電流在4～20mA之間，根據(jù)歐姆定律，正常工作時表頭兩端的電壓在0.024～0.12V之間，遠(yuǎn)低于二極管的導(dǎo)通電壓0.7V，同時也遠(yuǎn)低于二極管的死區(qū)電壓0.5V，因此正常工作時，正向并聯(lián)的二極管正向等效電阻很大，正向電流幾乎為零，不會影響測量結(jié)果。出現(xiàn)指示表頭損壞斷路時，正向并聯(lián)的開關(guān)二極管導(dǎo)通，渦街流量計(jì)仍能正常工作，輸出4～20mA電流信號。
4 渦街流量計(jì)的特點(diǎn)
渦街流量傳感器檢測具有不受流體組分、密度、溫度、壓力的影響，無可動部件、產(chǎn)品無磨損、耐臟污，無需機(jī)械維修，可靠性高、使用壽命長；測量范圍寬，一般量程度可達(dá)10：1以上；整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，壓力損失約為孔板流量計(jì)的1/4～1/2，壓力損失較小；在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號不受流體的密度、粘度和組分的影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，只需在一種典型介質(zhì)中校驗(yàn)而適用于各種介質(zhì)；與節(jié)流式差壓流量計(jì)相比較，無需導(dǎo)壓管和三閥組等，不易出現(xiàn)泄漏、堵塞和凍結(jié)等現(xiàn)象，不易結(jié)垢，耐高溫、高壓；結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；應(yīng)用范圍**，可適用液體、氣體和蒸氣等不同介質(zhì)的測量。
渦街流量計(jì)有多種信號和規(guī)格，有磁敏式、壓電式檢測方式，能夠適用于流量計(jì)量的大部分場合要求，**應(yīng)用于石油、化工、冶金、城市集中供暖以及紡織和食品等行業(yè)。本渦街流量計(jì)采用本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)，與安全柵一起組成本質(zhì)安全系統(tǒng)。
由于渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)流量測量，在管道內(nèi)介質(zhì)粘度高、流速低、管徑小等情況下測量精度無法保證，應(yīng)用受到限制；并且渦街流量計(jì)對測量管道的機(jī)械振動較敏感，不宜安裝于有強(qiáng)振動的場所。選擇傳感器安裝場所時盡量避開振動源，采取加裝管道支撐物等措施，減小測量管道的振動幅度，降低振動對測量信號的干擾，提高測量的精確度。
5 結(jié)論
研制的兩線制渦街流量計(jì)，根據(jù)測量介質(zhì)及工況環(huán)境選擇適宜的測量傳感器，以達(dá)到較高的工作可靠性和測量精確度。通過實(shí)際應(yīng)用及線路及結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，兩線制渦街流量渦街流量計(jì)性能得到了完善和提高，使用方便、可靠，得到了**的應(yīng)用，已累計(jì)生產(chǎn)四百多臺，為企業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值三百多萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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3 渦街流量計(jì)設(shè)計(jì)的改進(jìn)完善
渦街流量計(jì)研發(fā)成功投入市場以來，現(xiàn)場運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)的信號處理器在設(shè)計(jì)方面存在一些不完善之處，在現(xiàn)場電磁干擾較強(qiáng)場合會影響儀表的測量精度，因此需要對信號處理器電路及結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
3.1 電源浮地問題的改進(jìn)
由于渦街流量計(jì)的供電電源要求浮地，因此爆炸環(huán)境條件下使用的渦街流量計(jì)配有隔離式安全柵。在非爆炸性環(huán)境條件下，由于現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)24V供電電源負(fù)端直接接地，用戶沒有按照要求對電源進(jìn)行浮地處理，造成渦街流量計(jì)不能正常工作，甚至損壞電路板中元器件。因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備大部分為防止電磁干擾，需要電源直接接地，本渦街流量計(jì)電源單獨(dú)需要浮地，用戶需單獨(dú)為本渦街流量計(jì)提供電源，給用戶增加成本，因此需對渦街流量計(jì)的信號處理器進(jìn)行改造，解決電源需要浮地的問題。
通過實(shí)驗(yàn)改變頻電轉(zhuǎn)換板中集成塊的工作電壓，使集成塊的電源地與渦街流量計(jì)的24V DC直流電源直接相連；給信號放大器的輸入信號端增加電位平移電路，同時改進(jìn)電壓電流轉(zhuǎn)換電路。經(jīng)過上述改進(jìn)電路試驗(yàn)，渦街流量計(jì)電源可以直接接地，解決了渦街流量計(jì)供電電源需要浮地的問題，方便了用戶的使用。 在爆炸性環(huán)境條件下使用時，安全柵可以選用普通型，不用再選擇隔離式安全柵了。
3.2 流量波動較大問題的改進(jìn)辦法
由于渦街流量計(jì)采用兩線制電路，輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA信號，信號處理器的自身功耗不能過大。因此對渦街流量傳感器信號的放大、濾波等處理電路不能太復(fù)雜，需要靠調(diào)整部分元器件的參數(shù)值來滿足不同介質(zhì)和不同測量范圍。出廠標(biāo)定時，因?yàn)闃?biāo)定現(xiàn)場電磁干擾、振動干擾等影響因素較弱，標(biāo)定好的參數(shù)在用戶現(xiàn)場因?yàn)榄h(huán)境不同、干擾信號強(qiáng)弱不同，現(xiàn)場測量出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，特別是在流量較低時，流量波動較大，必須派維修人員到現(xiàn)場進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，因此在電路板設(shè)計(jì)時將幾組參數(shù)的元器件同時焊接在電路板上，調(diào)試維修時通過撥動開關(guān)加以組合選擇，用戶就可以現(xiàn)場調(diào)試，方便用戶的使用，提高了測量的精度。
3.3 渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
3.3.1 接線端子的改進(jìn)
渦街流量計(jì)為方便用戶現(xiàn)場觀察流量變化，設(shè)計(jì)帶有現(xiàn)場指示的4～20mA流量表頭。接線時需要將指示表頭拆下來，接線后需要重新安裝表頭，給現(xiàn)場施工人員帶來不便。針對這個問題，改進(jìn)了渦街流量計(jì)的信號處理器殼體結(jié)構(gòu)，將接線端子調(diào)整到線路板一側(cè)，表頭一側(cè)不再進(jìn)行接線，方便了儀表的安裝。
3.3.2 指示表頭線路的改進(jìn)
現(xiàn)場指示表頭串聯(lián)在4～20mA電流輸出電路中，一旦表頭出現(xiàn)損壞斷路，造成渦街流量計(jì)無法正常工作?，F(xiàn)場指示表頭的指針靈敏度高，在運(yùn)輸和使用過程中極易出現(xiàn)指針卡住、指示不準(zhǔn)或損壞現(xiàn)象，除了選擇質(zhì)量可靠的指示表頭廠家外，同時在電路中加以改進(jìn)。在表頭后正向并一個開關(guān)二極管，表頭出現(xiàn)損壞后，渦街流量計(jì)仍然能正常工作。
在表頭后正向并聯(lián)開關(guān)二極管即能解決表頭損壞后渦街流量計(jì)仍能正常供電工作問題，也不會對測量結(jié)果造成影響。因?yàn)殡娏鞅肀眍^的內(nèi)阻約為6Ω左右，正常工作時通過表頭的電流在4～20mA之間，根據(jù)歐姆定律，正常工作時表頭兩端的電壓在0.024～0.12V之間，遠(yuǎn)低于二極管的導(dǎo)通電壓0.7V，同時也遠(yuǎn)低于二極管的死區(qū)電壓0.5V，因此正常工作時，正向并聯(lián)的二極管正向等效電阻很大，正向電流幾乎為零，不會影響測量結(jié)果。出現(xiàn)指示表頭損壞斷路時，正向并聯(lián)的開關(guān)二極管導(dǎo)通，渦街流量計(jì)仍能正常工作，輸出4～20mA電流信號。
4 渦街流量計(jì)的特點(diǎn)
渦街流量傳感器檢測具有不受流體組分、密度、溫度、壓力的影響，無可動部件、產(chǎn)品無磨損、耐臟污，無需機(jī)械維修，可靠性高、使用壽命長；測量范圍寬，一般量程度可達(dá)10：1以上；整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，壓力損失約為孔板流量計(jì)的1/4～1/2，壓力損失較小；在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號不受流體的密度、粘度和組分的影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，只需在一種典型介質(zhì)中校驗(yàn)而適用于各種介質(zhì)；與節(jié)流式差壓流量計(jì)相比較，無需導(dǎo)壓管和三閥組等，不易出現(xiàn)泄漏、堵塞和凍結(jié)等現(xiàn)象，不易結(jié)垢，耐高溫、高壓；結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)較低；應(yīng)用范圍**，可適用液體、氣體和蒸氣等不同介質(zhì)的測量。
渦街流量計(jì)有多種信號和規(guī)格，有磁敏式、壓電式檢測方式，能夠適用于流量計(jì)量的大部分場合要求，**應(yīng)用于石油、化工、冶金、城市集中供暖以及紡織和食品等行業(yè)。本渦街流量計(jì)采用本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)，與安全柵一起組成本質(zhì)安全系統(tǒng)。
由于渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)流量測量，在管道內(nèi)介質(zhì)粘度高、流速低、管徑小等情況下測量精度無法保證，應(yīng)用受到限制；并且渦街流量計(jì)對測量管道的機(jī)械振動較敏感，不宜安裝于有強(qiáng)振動的場所。選擇傳感器安裝場所時盡量避開振動源，采取加裝管道支撐物等措施，減小測量管道的振動幅度，降低振動對測量信號的干擾，提高測量的精確度。
5 結(jié)論
研制的兩線制渦街流量計(jì)，根據(jù)測量介質(zhì)及工況環(huán)境選擇適宜的測量傳感器，以達(dá)到較高的工作可靠性和測量精確度。通過實(shí)際應(yīng)用及線路及結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，兩線制渦街流量渦街流量計(jì)性能得到了完善和提高，使用方便、可靠，得到了**的應(yīng)用，已累計(jì)生產(chǎn)四百多臺，為企業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值三百多萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
上一條：關(guān)于兩線制渦街流量計(jì)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方案介紹(上)
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