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智能渦街流量計(jì)特點(diǎn)及功能
關(guān)鍵字:渦街流量計(jì) 日期:2012-10-6 9:42:32
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在前面已介紹了卡曼渦街的形成與分離、渦街信號(hào)的檢測(cè)、放大、濾波與整形,輸出頻率與狀態(tài)體積流量成正比的
方波信號(hào),或經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出電流值與流量成正比的4~ 20mA模擬信號(hào)等內(nèi)容,這些都屬于一次儀表的范疇。
把一次表輸出的脈沖信號(hào)或模擬信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算,獲得瞬時(shí)流量和一段時(shí)間內(nèi)的總量,并顯示或再發(fā)送,這是流量計(jì)
算顯示儀的主要任務(wù)。
隨著微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)的應(yīng)用,給儀表帶來(lái)巨大的變化,一次儀表與積算顯示儀已
融合成一體,向著一體化、智能化方向發(fā)展。
20世紀(jì)80年代后期,國(guó)外各大儀表公司,在常規(guī)型渦街流量計(jì)的基礎(chǔ)上,陸續(xù)推出一批智能型渦街流量計(jì),其中Foxboro
公司的E83 I/A系列,Rosemount公司的8800系列,F(xiàn)ischer&poIter公司的Vortex 4型、日本橫河公司的YEWFLO -E型和DY
型渦街流量計(jì)就是其中的代表。本章將對(duì)智能型渦街流量計(jì)作專門介紹。
第一節(jié) 特點(diǎn)與功能
一、特 點(diǎn)
1.一體化結(jié)構(gòu)
常規(guī)型渦街流量計(jì)實(shí)際上是一種組合式流量?jī)x表。它把渦街流量傳感器與流量顯示儀,或把渦街流量變送器與流量顯示
儀表組合在一起,進(jìn)行流量測(cè)量與顯示。對(duì)于氣體或蒸汽流量測(cè)量還增加了壓力變送器、溫度變送器,采用多臺(tái)儀表的組合才能實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量,如圖所示。這種組合式渦街流量計(jì)測(cè)
量系統(tǒng)成套性差,裝表費(fèi)用高,安裝和維護(hù)工作量也較大,給用戶造成不便。
圖組合式渦街流量計(jì)
智能型渦街流量計(jì)具有一體化結(jié)構(gòu),它的基本形式有以下
幾種:
(1)渦街流量傳感器+流量顯示計(jì)算單元;
(2)渦街流量傳感器+壓力(或溫度)傳感器+流量顯示計(jì)
算單元;
(3)渦街流量傳感器+壓力傳感器+溫度傳感器+流量顯
示計(jì)算單元;
(4)渦街流量傳感器+壓力傳感器+溫度傳感器+流量顯
示計(jì)算單元+通信單元。
這種一體化結(jié)構(gòu),使一臺(tái)渦街流量計(jì)集流量、壓力、溫度
檢測(cè)、流量計(jì)算、補(bǔ)償、顯示和通信單元于一體,一臺(tái)儀表具
有多臺(tái)儀表的功能。
2.多參數(shù)測(cè)量
一臺(tái)渦街流量計(jì)不僅測(cè)量流量,還可以測(cè)量流體的溫度、壓力。有了流體的溫度和壓力等變量就可推算出與流體溫度、
壓力有關(guān)的狀態(tài)參數(shù),例如流體的密度、粘度、壓縮系數(shù)等其他參數(shù)。
3.信號(hào)處理和功能的智能化
在多參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)上,發(fā)揮微處理器的作用。在信號(hào)處理和儀表功能方面完成流量顯示儀所能實(shí)現(xiàn)的各種功能,實(shí)現(xiàn)
渦街流量計(jì)的智能化。
4.提高了測(cè)量精確度、范圍度
由于智能型渦街流量計(jì)具有流量特性補(bǔ)償功能,它可對(duì)影響流量測(cè)量精確度的諸因素進(jìn)行全面補(bǔ)償,從而提高了儀表的
精確度和范圍度。例如常規(guī)型渦街流量計(jì)的精確度為±(1%一1.5%),而智能型渦街流量計(jì)則可達(dá)到±(0.50/0~1%);常規(guī)
型渦街流量計(jì)的下限流速中液體為0.5m/s,氣體為5m/s,智能型則可達(dá)到液體0.3m/s,氣體3m/s。
5.微功耗電子器件的應(yīng)用和靈活的供電方式
智能型渦街流量計(jì)采用微功耗電子器件,整機(jī)耗電量微小。所以,供電方式靈活。它可以采用標(biāo)準(zhǔn)24V供電,用于分散控
制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS);也可單獨(dú)作流量測(cè)量?jī)x表,用3.6V鋰電池供電,且連續(xù)運(yùn)行一年以上。
6.專用芯片的應(yīng)用
在儀表的一些重要環(huán)節(jié)(如信號(hào)處理)設(shè)計(jì)專用芯片和模塊化軟件,強(qiáng)化了儀表的性能和功能。
二、功 能
智能型渦街流量計(jì)具有多種功能,可以從以下幾個(gè)方面作
具體說(shuō)明。
1.流量計(jì)算和補(bǔ)償功能
這是智能型渦街流量計(jì)所具有的最基本功能,包括以下幾方面:
(1)根據(jù)基本的流量計(jì)算公式,完成液體、氣體、飽和蒸氣、過(guò)熱蒸氣等介質(zhì)的 體積流量工作狀態(tài)體積流量、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量、
質(zhì)量流量的計(jì)算,即
qv=3.6f/K (7-1)
質(zhì)量流量為
qm=3.6pf/K (7-2)
式中 qv-l作狀態(tài)下流體的體積流量,m3/}i;
K-渦街流量計(jì)的儀表系數(shù),L-1;
gm——流體的質(zhì)量流量,kg/h;
P-流體的密度,kg /m3
f一旋渦的頻率,Hz。
流體的密度的計(jì)算,將在本章第三節(jié)中介紹;
(2)雷諾數(shù)計(jì)算和流動(dòng)狀態(tài)判別;
(3)溫度、壓力補(bǔ)償,密度補(bǔ)償功能;
(4) -般氣體壓縮系數(shù)Z的補(bǔ)償;
(5)天然氣超壓縮系數(shù)的補(bǔ)償;
(6)低雷諾數(shù)區(qū)域,儀表系數(shù)K的非線性補(bǔ)償;
(7)飽和蒸氣、濕飽和蒸氣、過(guò)熱蒸氣的密度計(jì)算與補(bǔ)償;
(8)濕氣體干部分的密度計(jì)算;
(9)其他有關(guān)的補(bǔ)償,如高溫狀態(tài)下對(duì)渦街流量計(jì)測(cè)量管徑和發(fā)生體寬度變化引起的儀表系數(shù)變化的補(bǔ)償,測(cè)量管與配
置管徑差異的補(bǔ)償?shù)取?br />
以上功能,各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品不盡相同。有的廠家考慮到儀表的專用性,對(duì)不同類型的儀表設(shè)置不同的功能。例如,氣
體型渦街流量計(jì)僅設(shè)置與氣體特性有關(guān)的溫度、壓力補(bǔ)償、壓縮系數(shù)補(bǔ)償功能;蒸汽型渦街流量計(jì)則設(shè)置與蒸汽測(cè)量有關(guān)的
功能。
2.小信號(hào)切除功能
小信號(hào)切除是為了消除儀表的零點(diǎn)不穩(wěn)定性,模擬信號(hào)在轉(zhuǎn)換和處理中的零點(diǎn)漂移所帶來(lái)的誤差。
當(dāng)流體不流動(dòng)或流速很低時(shí),由于外界的隨機(jī)干擾(如測(cè)量管被偶然撞擊,流體的偶然被擾動(dòng),或電源中的突發(fā)干擾)造成
渦街流量計(jì)有間斷的脈沖輸出,引起零點(diǎn)變化;或者在流速低于下限流速時(shí),旋渦分離已很不穩(wěn)定,仍有頻率很低不規(guī)則的
脈沖信號(hào)輸出。此時(shí),如果濾波率參數(shù)調(diào)整不合適或整形級(jí)的觸發(fā)靈敏度較高,都會(huì)使渦街流量計(jì)有很低頻率的脈沖輸出或
很小的電流輸出,從而導(dǎo)致累積流量的緩慢增大,這種現(xiàn)象對(duì)于不連續(xù)工作的渦街流量計(jì)來(lái)說(shuō),會(huì)帶來(lái)一定的總量誤差。
對(duì)于渦街流量計(jì)來(lái)說(shuō),需切除的小流量值,是以不影響測(cè)量誤差為前提。當(dāng)經(jīng)微機(jī)運(yùn)算后,獲得的流量值小于設(shè)定的閾
值時(shí),才進(jìn)行切除。不同的口徑設(shè)定的切除閾值是不同的。
3.參數(shù)設(shè)定和修改功能
應(yīng)用該項(xiàng)功能設(shè)定以下參數(shù)與信息:
(1)設(shè)置與流量計(jì)算有關(guān)的參數(shù):儀表系數(shù)K、管道內(nèi)徑、量程的上限、小流量的切除閾值、流體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度、流量
單位、阻尼時(shí)間、測(cè)量管和發(fā)生體材料的膨脹系數(shù)等。
(2)渦街流量計(jì)的初始化信息:制造廠代碼、產(chǎn)品出廠編號(hào)、品種代號(hào)、精確度等級(jí)、公稱壓力、工作溫度、電源電壓、
防護(hù)等級(jí)、法蘭材料代號(hào)、測(cè)量管和發(fā)生體材料代號(hào)等。
(3)儀表的操作密碼
以上參數(shù)的設(shè)定,由制造廠在產(chǎn)品出廠前完成。
4.提供非測(cè)量信息管理功能
提供以下非管理信息:儀表安裝工位號(hào)、描述符、上次標(biāo)定時(shí)間、下次標(biāo)定日期、標(biāo)定單位、標(biāo)定責(zé)任人、安裝日
期、維護(hù)責(zé)任人、維修日期與內(nèi)容等,這些信息由使用單位寫入儀表。
5.組態(tài)功能
(1)就地或遠(yuǎn)程設(shè)定和調(diào)整參數(shù);
(2)選擇被測(cè)介質(zhì)類型和輸出信號(hào)形式;
(3)選擇工程單位:
體積流量單位US,m3/h.Nm3/h 質(zhì)量流量單位kg/h,t/h;
總量單位m3,Nm3,kg,t;
壓力單位Pa,kPa,MPa;
溫度單位℃;
電流單位mA;
頻率單位Hz;
流速單位m/s。
6.信號(hào)調(diào)理功能
該功能可用于控制調(diào)整信號(hào)處理參數(shù),包括濾波器校正、小流量切除、觸發(fā)電平調(diào)整、濾波器恢復(fù)等。應(yīng)用該功能可對(duì)
工作于不同流體或流體不同狀態(tài)下的信號(hào)處理參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使信號(hào)處理單元工作在最佳狀態(tài)。
7.自診斷和報(bào)警功能
該功能主要用于檢測(cè)儀表的故障,儀表不斷地發(fā)出信號(hào)監(jiān)測(cè)RAM、EEPROM及數(shù)字信號(hào)處理單元等。一旦出現(xiàn)故障,儀
表將執(zhí)行模擬信號(hào)報(bào)警,并中斷流量信號(hào)處理。此時(shí)儀表發(fā)出一個(gè)特定(內(nèi)部)信息,以確定故障部位,提醒維護(hù)人員盡快排
除。如果被認(rèn)為是輸出回路有問(wèn)題,流量計(jì)能直接給出一個(gè)特定的輸出,以便進(jìn)行回路檢測(cè)。
對(duì)與輸入信號(hào)有關(guān)的異常情況(如流量、壓力信號(hào)過(guò)范圍)或輸入信號(hào)中斷及供電電池不足(對(duì)電池供電型渦街流量計(jì)),
儀表也能經(jīng)診斷后發(fā)出報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)的形式有多種,如:
(1)顯示故障代碼,不同的故障以不同的代碼表示,供用
戶參考;
(2)點(diǎn)亮報(bào)警指示燈(在CPU有故障、診斷無(wú)法進(jìn)行時(shí));
(3)輸出電流報(bào)警,如果CPU或EEPROM發(fā)生故障,診斷
無(wú)法進(jìn)行,輸出電流為上限值(≥21.6mA)或下限電流指示
(≤3.6InA)。
8.通信功能
現(xiàn)場(chǎng)總線智能型渦街流量計(jì)具有遠(yuǎn)程通信功能,既可與上位機(jī)通信,也可與其他儀表相互通信。這些通信功能應(yīng)符合現(xiàn)
場(chǎng)總線通信協(xié)議,例如HART協(xié)議、FF協(xié)議等的要求。也可采用常規(guī)的通信方式。
9.?dāng)嚯姳Wo(hù)功能
斷電保護(hù)功能是智能式渦街流量計(jì)必不可少的功能,當(dāng)供電電源中斷時(shí)保護(hù)儀表內(nèi)設(shè)定的數(shù)據(jù)、總量值不丟失,不被修
改,電源接通后儀表可恢復(fù)工作。
10.顯示功能
顯示功能也是智能型渦街流量計(jì)必不可少的功能,通常采用液晶顯示屏顯示。正常工作時(shí)顯示被測(cè)量的數(shù)值和單位;儀
表發(fā)生故障時(shí)顯示故障代碼;另外,根據(jù)操作者的需要可顯示組態(tài)數(shù)據(jù)、管理信息等。
以上各功能對(duì)智能型渦街流量計(jì)不一定要求全部具備,而且各生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也都各有不同。但流量計(jì)算補(bǔ)償功能、參數(shù)
設(shè)定修改功能、組態(tài)功能、自診斷和報(bào)警功能、通信功能、、斷電保護(hù)功能、顯示功能等則是必須具備的。 |
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