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智能渦街流量計的特點及功能
關(guān)鍵字：流量計,渦街流量計 日期：2012-8-8 8:58:55
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在前面已介紹了卡曼渦街的形成與分離、渦街信號的檢測、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，或經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出電流值與流量成正比的4~ 20mA模擬信號等內(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或模擬信號進行處理運算，獲得瞬時流量和一段時間內(nèi)的總量，并顯示或再發(fā)送，這是流量計
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，單片機的應(yīng)用，給儀表帶來巨大的變化，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80年代后期，國外各大儀表公司，在常規(guī)型渦街流量計的基礎(chǔ)上，陸續(xù)推出一批智能型渦街流量計，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
型渦街流量計就是其中的代表。本章將對智能型渦街流量計作專門介紹。
第一節(jié) 特點與功能
一、特 點
1．一體化結(jié)構(gòu)
常規(guī)型渦街流量計實際上是一種組合式流量儀表。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，進行流量測量與顯示。對于氣體或蒸汽流量測量還增加了壓力變送器、溫度變送器，采用多臺儀表的組合才能實現(xiàn)流量測量，如圖所示。這種組合式渦街流量計測
量系統(tǒng)成套性差，裝表費用高，安裝和維護工作量也較大，給用戶造成不便。
圖組合式渦街流量計
智能型渦街流量計具有一體化結(jié)構(gòu)，它的基本形式有以下
幾種：
(1)渦街流量傳感器+流量顯示計算單元；
(2)渦街流量傳感器+壓力（或溫度）傳感器+流量顯示計
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
示計算單元+通信單元。
這種一體化結(jié)構(gòu)，使一臺渦街流量計集流量、壓力、溫度
檢測、流量計算、補償、顯示和通信單元于一體，一臺儀表具
有多臺儀表的功能。
2．多參數(shù)測量
一臺渦街流量計不僅測量流量，還可以測量流體的溫度、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．信號處理和功能的智能化
在多參數(shù)測量的基礎(chǔ)上，發(fā)揮微處理器的作用。在信號處理和儀表功能方面完成流量顯示儀所能實現(xiàn)的各種功能，實現(xiàn)
渦街流量計的智能化。
4．提高了測量精確度、范圍度
由于智能型渦街流量計具有流量特性補償功能，它可對影響流量測量精確度的諸因素進行全面補償，從而提高了儀表的
精確度和范圍度。例如常規(guī)型渦街流量計的精確度為±(1%一1.5％)，而智能型渦街流量計則可達到±(0.50/0~1％)；常規(guī)
型渦街流量計的下限流速中液體為0.5m/s，氣體為5m/s，智能型則可達到液體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
智能型渦街流量計采用微功耗電子器件，整機耗電量微小。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)場總線控制系統(tǒng)(FCS)；也可單獨作流量測量儀表，用3.6V鋰電池供電，且連續(xù)運行一年以上。
6．專用芯片的應(yīng)用
在儀表的一些重要環(huán)節(jié)（如信號處理）設(shè)計專用芯片和模塊化軟件，強化了儀表的性能和功能。
二、功 能
智能型渦街流量計具有多種功能，可以從以下幾個方面作
具體說明。
1．流量計算和補償功能
這是智能型渦街流量計所具有的最基本功能，包括以下幾方面：
(1)根據(jù)基本的流量計算公式，完成液體、氣體、飽和蒸氣、過熱蒸氣等介質(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。
流體的密度的計算，將在本章第三節(jié)中介紹；
(2)雷諾數(shù)計算和流動狀態(tài)判別；
(3)溫度、壓力補償，密度補償功能；
(4) -般氣體壓縮系數(shù)Z的補償；
(5)天然氣超壓縮系數(shù)的補償；
(6)低雷諾數(shù)區(qū)域，儀表系數(shù)K的非線性補償；
(7)飽和蒸氣、濕飽和蒸氣、過熱蒸氣的密度計算與補償；
(8)濕氣體干部分的密度計算；
(9)其他有關(guān)的補償，如高溫狀態(tài)下對渦街流量計測量管徑和發(fā)生體寬度變化引起的儀表系數(shù)變化的補償，測量管與配
置管徑差異的補償?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
體型渦街流量計僅設(shè)置與氣體特性有關(guān)的溫度、壓力補償、壓縮系數(shù)補償功能；蒸汽型渦街流量計則設(shè)置與蒸汽測量有關(guān)的
功能。
2．小信號切除功能
小信號切除是為了消除儀表的零點不穩(wěn)定性，模擬信號在轉(zhuǎn)換和處理中的零點漂移所帶來的誤差。
當(dāng)流體不流動或流速很低時，由于外界的隨機干擾（如測量管被偶然撞擊，流體的偶然被擾動，或電源中的突發(fā)干擾）造成
渦街流量計有間斷的脈沖輸出，引起零點變化；或者在流速低于下限流速時，旋渦分離已很不穩(wěn)定，仍有頻率很低不規(guī)則的
脈沖信號輸出。此時，如果濾波率參數(shù)調(diào)整不合適或整形級的觸發(fā)靈敏度較高，都會使渦街流量計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)象對于不連續(xù)工作的渦街流量計來說，會帶來一定的總量誤差。
對于渦街流量計來說，需切除的小流量值，是以不影響測量誤差為前提。當(dāng)經(jīng)微機運算后，獲得的流量值小于設(shè)定的閾
值時，才進行切除。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)用該項功能設(shè)定以下參數(shù)與信息：
(1)設(shè)置與流量計算有關(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、阻尼時間、測量管和發(fā)生體材料的膨脹系數(shù)等。
(2)渦街流量計的初始化信息：制造廠代碼、產(chǎn)品出廠編號、品種代號、精確度等級、公稱壓力、工作溫度、電源電壓、
防護等級、法蘭材料代號、測量管和發(fā)生體材料代號等。
(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．提供非測量信息管理功能
提供以下非管理信息：儀表安裝工位號、描述符、上次標(biāo)定時間、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)就地或遠程設(shè)定和調(diào)整參數(shù)；
(2)選擇被測介質(zhì)類型和輸出信號形式；
(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．信號調(diào)理功能
該功能可用于控制調(diào)整信號處理參數(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
工作于不同流體或流體不同狀態(tài)下的信號處理參數(shù)進行調(diào)整，使信號處理單元工作在最佳狀態(tài)。
7．自診斷和報警功能
該功能主要用于檢測儀表的故障，儀表不斷地發(fā)出信號監(jiān)測RAM、EEPROM及數(shù)字信號處理單元等。一旦出現(xiàn)故障，儀
表將執(zhí)行模擬信號報警，并中斷流量信號處理。此時儀表發(fā)出一個特定（內(nèi)部）信息，以確定故障部位，提醒維護人員盡快排
除。如果被認為是輸出回路有問題，流量計能直接給出一個特定的輸出，以便進行回路檢測。
對與輸入信號有關(guān)的異常情況（如流量、壓力信號過范圍）或輸入信號中斷及供電電池不足（對電池供電型渦街流量計），
儀表也能經(jīng)診斷后發(fā)出報警信號。報警信號的形式有多種，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)點亮報警指示燈（在CPU有故障、診斷無法進行時）；
(3)輸出電流報警，如果CPU或EEPROM發(fā)生故障，診斷
無法進行，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)場總線智能型渦街流量計具有遠程通信功能，既可與上位機通信，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功能
斷電保護功能是智能式渦街流量計必不可少的功能，當(dāng)供電電源中斷時保護儀表內(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必不可少的功能，通常采用液晶顯示屏顯示。正常工作時顯示被測量的數(shù)值和單位；儀
表發(fā)生故障時顯示故障代碼；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。
以上各功能對智能型渦街流量計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。但流量計算補償功能、參數(shù)
設(shè)定修改功能、組態(tài)功能、自診斷和報警功能、通信功能、、斷電保護功能、顯示功能等則是必須具備的。
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