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智能渦街流量計(jì)的特點(diǎn)及功能
關(guān)鍵字：流量計(jì),渦街流量計(jì) 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(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(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)量儀表，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)來說，會(huì)帶來一定的總量誤差。
對(duì)于渦街流量計(jì)來說，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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