导
导
∂(1 − ε 
Q)| 价格 |
¥ 2200.00~8800.00
|
| 起批量 | ≥1 台 |
| 建议零售价 | 加工定制 | 是 | 品牌 | 华云 | |
| 型号 | JY-LUX | 类型 | 旋进旋涡流计 | 测量范围 | 0-100000（m3/h） |
| 精度等级 | 1.5 | 公称通径 | DN20-200（mm） | 适用介质 | 气体 |
| 工作压力 | 1.0－4.0（MPa） | 工作温度 | 80（℃） | 规格 | DN20-200 |
一、概述
智能旋进旋涡流量计是我公司开发研制的具有国内水平的新型气体流量仪表。该流量计集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿，是石油、化工、电力、冶金等行业用于气体计量的理想仪表。可用于各种气体煤气、空气、氢气、天然气、氮气、液化石油气、过氧化氢、烟道气、甲烷、丁烷、氯气、燃气、沼气、二氧化碳、氮气、乙炔、光气、氧气、压缩空气、氩气、甲苯、苯、二甲苯、硫化氢、二氧化硫、氨气等。
1.1产品主要特点
l 无机械可动部件，不易腐蚀，稳定可靠，寿命长，长期运行无须特殊维护；
l 采用16位电脑芯片，集成度高，体积小，性能好，整机功能强；
l 智能型流量计集流量探头、微处理器、压力、温度传感器于一体, 采取内置式组合,使结构更加紧凑，可直接测量流体的流量、压力和温度，并自动实时跟踪补偿和压缩因子修正；
l 采用双检测技术可有效地提高检测信号强度，并抑制由管线振动引起的干扰；
l 采用国内的智能抗震技术，有效的抑制了震动和压力波动造成的干扰信号；
l 采用汉字点阵显示屏，显示位数多，读数直观方便，可直接显示工作状态下的体积流量、标准状态下的体积流量、总量，以及介质压力、温度等参数；
l 采用EEPROM技术，参数设置方便，可保存，并可保存***长达一年的历史数据；
l 转换器可输出频率脉冲、4～20mA模拟信号，并具有RS485接口，可直接与微机联网，传输距离可达1.2km；
l 多物理量参数报警输出，可由用户任选其中之一；
l 流量计表头可360度旋转，安装使用简单方便；
l 配合本公司的FM型数据采集器，可通过因特网或者电话网络进行远程数据传输
l 压力、温度信号为传感器输入方式，互换性强；
l 整机功耗低，可用内电池供电，也可外接电源。
1.2主要用途
智能旋进旋涡流量计可广泛应用于石油、化工、电力、冶金、城市供气等行业测量各种气体流量，是目前油田和城市天然气输配计量和贸易计量的实惠产品。
二、 结构与工作原理
2.1流量计结构流量计
由以下七个基本部件组成（图1）
1.旋涡发生体用铝合金制成，具有一定角度的螺旋叶片，它固定在壳体收缩段前部，强迫流体产生强烈的漩涡流。
⒉ 壳体本身带有法兰，并有一定形状的流体通道，根据不同的工作压力，壳体材料可采用铸铝合金或不锈钢。
⒊ 智能流量计积算仪（原理见图3）
由温度、压力检测模拟通道、流量检测数字通道以及微处理单元、液晶驱动电路和其它辅助电路组成，并配有外输信号接口。
4. 温度传感器以Pt100铂电阻为温度敏感元件，在一定温度范围内，其电阻值与温度成对应关系。
5. 压力传感器以压阻式扩散硅桥路为敏感元件，其桥臂电阻在外界压力作用下会发生预期变化，因此在一定激励电流作用下，其两个输出端的电位差与外界压力成正比。
6. 压电晶体传感器安装在靠近壳体扩张段的喉部，可检测出漩涡进动的频率信号。
⒎ 消旋器固定在壳体出口段，其作用是消除旋涡流，以减小对下游仪表性能的影响。
2.2工作原理
流量传感器的流通剖面类似文丘利管的型线。在入口侧安放一组螺旋型导流叶片，当流体进入流量传感器时，导流叶片迫使流体产生剧烈的旋涡流。当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流进动现象。该进动频率与流量大小成正比，不受流体物理性质和密度的影响，检测元件测得流体二次旋转进动频率就能在较宽的流量范围内获得良好的线性度。信号经前置放大器放大、滤波、整形转换为与流速成正比的脉冲信号，然后再与温度、压力等检测信号一起被送往微处理器进行积算处理，***后在液晶显示屏上显示出测量结果(瞬时流量、累积流量及温度、压力数据)。
2.3流量积算仪工作原理
流量积算仪由温度和压力检测模拟通道、流量传感器通道以及微处理器单元组成，并配有外输出信号接口，输出各种信号。流量计中的微处理器按照气态方程进行温压补偿，并自动进行压缩因子修正，气态方程如下：
………………(2)
式中： QN ——标况下的体积流量(m3/h)；
QV——工况下的体积流量(m3/h；
Pa ——当地大气压力（KPa）；
P ——流量计取压孔测量的表压（KPa）；
PN ——标准状态下的大气压力（101.325 KPa）；
TN——标准状态下的温度（293.15K）；
T ——被测流体的温度（K）；
ZN ——气体在标况下的压缩系数； Z ——气体在工况下的压缩系数；
注：当用钟罩或负压标定时取ZN/Z=1，对天然气(ZN/Z)1/2=FZ为超压缩因子。按中国石油天然气总公司的标准SY／T6143－1996中的公式计算。
三、主要技术参数与功能
3.1流量计规格、基本参数和性能指标（见表1）（表1）
| 公称通径DN（mm） | 类型* | 流量范围 (m3/ h) | 工作压力（MPa） | 度等级 | 重复性 |
| 15 | 0.3-20 | 1.6 2.5 4.0 6.3 10 16 | 1.0 1.5 | 小于基本误差限值的1/3 | |
| 20 | 0.5-25 | ||||
| 25 | 1.0～30 | ||||
| 32 | 2.0～60 | ||||
| 40 | 3.0～70 | ||||
| 50 | A型 | 3.0～150 | |||
| B型 | 2.5～75 | ||||
| 80 | A型 | 20～400 | |||
| B型 | 10～200 | ||||
| 100 | A型 | 40～800 | |||
| B型 | 30～600 | ||||
| 150 | A型 | 100～1800 | |||
| B型 | 40～900 | ||||
| 200 | 180～3600 | 1.6;2.5;4.0 |
注：1.准确度：为温度、压力修正后的系统精度；
2. A、B用以区别相同通径不同流量范围。
3.2标准状态条件：P=101.325KPa，T=293.15K
3.3使用条件：环境温度：-30℃～+65℃ 相对湿度：5%～95% 介质温度：-20℃～+80℃ 大气压力：86KPa～106KPa
3.4电气性能指标
3.4.1工作电源：
A．外电源：＋24VDC±15%，纹波＜5％，适用于4～20mA输出、脉冲输出、报警输出、RS-485等；
B．内电源：1组3.6V锂电池（ER26500），当电压低于3.0V时，出现欠压指示。
3.4.2整机功耗：
A．外电源：<2W;
B．内电源：平均功耗1mW，可连续使用两年以上。
3.4.3脉冲输出方式：
A． 工况脉冲信号，直接将流量传感器检测的工况脉冲信号经光耦隔离放大输出，高电平≥20V，低电平≤1V；
B． 定标脉冲信号，与IC卡阀门控制器配套，高电平幅度≥2.8V，低电平幅度≤0.2V，单位脉冲代表体积量可设定范围：0.001m3~100m3。单选择该值时必须注意：定标脉 冲信号频率应≤900Hz。
C． 定标脉冲信号，经光耦隔离放大输出，高电平≥20V，低电平≤1V。
3.4.4 RS－485通信（光电隔离），可实现以下功能：
A．采用RS－485接口，可直接与上位机或二次表联网，远传显示介质的温度、压力和经温度、压力补偿后的标准体积流量和标准体积总量；
B．由RS－485接口与HW－Ⅰ数据采集器配套，可组成电话网络通信系统，一台数据采集器可带15台流量计；
C．由RS－485接口与HW－Ⅱ数据采集器配套，可组成宽带网络通信系统，由INTERNET传输数据，一台数据采集器可带8台流量计。
3.4.5 4～20mA标准电流信号（光电隔离）
与标准体积流量成正比，4mA对应0 m3/h， 20 mA对应***大标准体积流量（该值可在一级菜单中进行设置），制式：两线制或三线制，流量计可根据所插电流模块自动识别，并正确输出。
3.4.6控制信号输出：
A．下限报警信号（LP）：光电隔离，高低电平报警，报警电平可设定，工作电压＋12V~+24V，***大负载电流50mA；
B．上限报警信号（UP）：光电隔离，高低电平报警，报警电平可设定，工作电压＋12V~+24V，***大负载电流50mA；
C．关阀报警输出（BC端，IC卡控制器用）：逻辑门电路输出，正常输出低电平，幅度≤0.2V；报警输出高电平，幅度≥2.8V,负载电阻≥100kΩ；
D．电池欠压报警输出（BL端，IC卡控制器用）：逻辑门电路输出，正常输出低电平，幅度≤0.2V；报警输出高电平，幅度≥2.8V,负载电阻≥100kΩ；
3.5实时数据存储功能
3.5.1流量计为了适应数据管理方面的需要，增加了实时数据存储功能，由设定选择以下三者之一：
A．起停记录：***近的1200次起停时间、总量、净流量记录。出厂默认项。对应通信协议由公司另外提供）；
B．日记录：***近920天的日期、零点时刻的温度、压力、标准体积流量和总量记录。
C．定时间间隔记录：1200条定时间间隔的日期时间、温度、压力、标准体积流量和总量记录。
3.5.2通过电脑可读取上述存储数据，形成数据报表、曲线图供分析。
3.6网络通信管理软件功能
流量计与数据采集器配套，可通过电话线或宽带网进行通信，对网络中的每台流量计的历史数据及参数进行读取与设置，同时通信管理软件可实现完善的管理功能。
3.7防爆标志：ExdIIBT4;ExiaIICT4 3.8防护等级：IP65 3.9压力损失流量计实际压力损失计算公式如下： …………………(1)
式中：
ΔP1-——流量计实际压力损失（KPa）； ρ ——被测介质密度（kg/m3） ΔP -——介质为干空气时流量计的压力损失(KPa),其特性曲线见下图 3.10接线口：出线接口为M20×1.5内螺纹。
四、选型与安装
4.1流量计选型在选型过程中应把握两条原则；
即：一要保证生产安全，二要保证使用精度。为此必须落实三个选型参数，即近期和远期的***大、***小及常用流量(主要用于选定仪表公称通径)、被测介质的设计压力(主要用于选定仪表的公称压力等级)、实际工作压力(主要用于选定仪表压力传感器的压力等级)。 a. 当已知被测流量为工况体积流量时，可直接按表中的流量范围选取适配的公称通径； b. 当已知被测流量为标况条件下的体积流量时，应先将标况体积流量QN换算为工况体积流量Qv，再按技术参数表中的流量范围选取相应的公称通径； c. 当两种口径流量计均能覆盖较低和***高体积流量时，在压损允许下，应尽量选小口径； d.勿使实际***小流量Qmin低于所选公称通径流量计的流量下限； e.流量范围、公称压力有特殊要求时可协议订货。 选型计算公式如下： 式中：T、P、Pa含义同上，Q为体积流量，Qn为标准体积流量，Z/Zn数值列于表2.因计算步长较大，表内数据仅供参考，表中数据按天然气真实相对密度Gr=0.600，氮气和二氧化碳摩尔分数均为0.00计算。当介质压力低于0.1MPa，均可按Z/Zn＝1估算。
流量是天然气生产与输送过程中的重要参数之一，只有对天然气进行计量才能有效地管理天然气的供给与交付，控制天然气的库存量，***大限度地降低不明原因的天然气损耗，避免输气监测的争端。近年来，随着科技的进步，各种新型的天然气计量技术得到了发展，其中的一项新技术是超声波气体流量计[1]。超声波气体流量计具有测量精度高、体积小、能耗低、无压力损失、寿命长以及安装使用方便等显著优点。超声波气体流量计是速度式仪表，它通过检测管道内气体流速来检测气体流量。根据测量的物理量不同，超声波气体流量计的检测方法可分为时差法、相差法和频差法。
本文采用现场可编程门阵列（FPGA）设计了一种时差法超声波气体流量计，克服了采用传统分离器件设计的不易更改性和不稳定性，提高了系统的测量精度和稳定度，同时，利用FPGA设计了高速计数模块，并采用了一些措施，达到了对气体流量进行高精度测量的目的。
1 时差法超声波流量计原理[2]
超声波在气体中的传播速度与气体流动速度有关，据此可以实现流量测量。在流速为υ的流动媒质的上、下游分别放置超声波换能器A和B，结构如图1所示。
图1 时差法超声波流量计原理图
从换能器A发出超声波到换能器B接收所用的时间为
式中c为超声波在静止流体中的传播速度；υ为流体的速度；θ为流体流向与超声波传播方向的夹角；L为2个换能器沿管道的距离；D为管道内径；为超声波在探头中与管壁中的传播时间以及电路延时的总和。
超声波信号从换能器B传送到换能器A所用的时间为
可得超声波不同方向的两次传送时差为
由于v2cos2θ<<c2，则
由于υ是声程上的平均流速。而需要的是截面上的平均流速，必须根据流体力学公式进行修正
式中K为流体动机学修正系数，它与圆管阻力系数λ有关
而λ是流体雷诺数的函数，可表示为
则流量为
一段时间内的累积流量为
2 系统硬件设计
2.1 系统结构与工作原理
流量计系统的整体结构为微控制器+FPGA结构，如图2所示。由于模拟信号和数字信号对信号质量的要求不同，在设计中将两者分开，使数字电路对模拟电路的干扰降到***小。微控制器是整个系统的控制核心，FPGA内部集成了系统中的大部分数字电路。微控制器+FPGA结构设计大大简化了系统硬件电路的复杂性，增强了系统的稳定性和可靠性。外围电路包括由超声波发射电路，发射/接收转换电路和信号接收及预处理电路组成的模拟信号处理模块、键盘模块、显示模块和数据存储模块。各个电路模块独立完成其功能，又相互联系，共同构建了系统的硬件电路结构。
通过键盘模块预设测量参数后，测量开始，89C51向超声波发射电路输出窄脉冲，同时，向FPGA输出控制脉冲，FPGA中的高速计数模块开始计数。窄脉冲经过驱动电路产生高压脉冲，激励换能器A产生超声波。换能器B接收到信号，这个微弱信号经过前置放大电路、带通滤波电路、峰值检波电路、过零比较电路、脉冲展宽等电路组成的接收信号预处理模块处理后，脉冲上沿控制FPGA的高速计数器停止计数，即得到超声波在管道中的顺流传播时间t1，把其存入FPGA的寄存器中。与此同时，给微控制器一个中断信号。微控制器响应中断信号以后，通过控制发射/接收转换电路，使换能器B发射，换能器A接收超声波，重复上述过程得到超声波在管道中的逆流传播时间t2，将t2也存入FPGA的寄存器中，将N次顺逆流测量结果存入存储模块，用多次测量的平均值作为超声波渡越时间，可以减小误差，提高测量精度[3]。微处理器读出这些数据经过补偿和计算可得到流体流量的统计平均值，将结果送到LED上显示出来。
图2 系统结构简图
2.2 基于FPGA的数字信号处理模块
FPGA数字系统是本设计的重点，在FPGA内部集成了适合超声波气体流量计的高精度计时电路、分频电路、定时电路和部分逻辑控制电路[4]。将FPGA应用于超声波气体流量计的设计中，不但简化了系统结构，而且，提高了系统硬件的可升级性。
提高测时精度是提高时差法超声波流量计测量精度的关键。要地测量时间必须有高速的计数器，而使用普通的TTL集成电路因其工作频率低，不能制作高速计数器。例如：速度***快的74F161，***高工作频率也只有90MHz，实际上由于分布参数的影响，并考虑到各个元件之间在时序上的配合，其***高工作频率还会下降，因此，无法实现高速计数。为此，设计中采用FPGA芯片来制作高速计数器[5]。由于FPGA芯片内部的工作频率接近千兆赫兹，因此，可实现高速计数，从而提高测量精度和测量范围。计数模块内的全部功能是基于电子设计自动化（EDA）技术，用硬件描述语言（VerilogHDL）编写完成的[6]。
高速计数器的设计思路是在较低的外部时钟频率下实现高速计数。其原理是基于数字移相计数。所谓移相是指多路同频信号，以其中的一路作为参考，其他多路信号相对该信号在时间上做超前或滞后的移动形成相位差[7]，原理如图3所示。设外部输入时钟CK0的周期为T。由图3知，由于待测脉冲的上升沿位置是随机的，一般不会恰好落在时钟信号的边沿上。因此，带来测量误差，***大误差为T。显然，提高时钟频率可以减小测量误差。为此，利用芯片内的高精度数字锁相环，实现芯片内时钟的零传输延时和移相。把CK0移相后得到CK1，CK2，CK3。这4路时钟的相位彼此相差T/4。每一个时钟后接一个D触发器，待测脉宽的上升沿作为触发器的触发信号。此外，CK0后接24位计数器。由图看出：待测脉宽上升沿到达后，4个触发器便有4种不同的组合值。由此组合值可以判断出开始计数的时刻，待测脉冲的前沿在时钟的1/4周期中。这种方法等效于将时钟频率四倍频，因而，误差降为原来的1/4。同时，该法可以保证外部的时钟频率不变，避免时钟频率的提高带来的其他问题。
图3 高速计数器原理
3 系统软件设计
本设计采用KeilC编写系统软件。C语言是一种结构化程序设计语言，兼顾了多种语言的特点。C语言有功能丰富的库函数且运算速度快、编译效率高，具有很强的可移植性[8]。
基于C语言的特点，本设计采用了模块化设计方法[9]，程序可读性强，便于改进和扩充。根据模块化程序设计思想，软件主程序结构比较简单，在流程中体现出模块结构，本系统软件整体工作流程如图4所示。系统上电后，首先对系统进行初始化，包括I/O的分配、定时器中断的初始化、FPGA复位、显示液晶的初始化、相关寄存器的初始化等。初始化完毕后，系统进入流量检测循环阶段。
软件系统每秒钟完成一次工作循环，由定时器实现1s定时，通过查询标志位的方式启动每一次循环。软件系统主要完成4种工作状态的切换，它们分别是：累计流量显示状态、截面平均流速显示状态、流量修正系数设置状态和拟合参数设置状态。每个状态在系统标志寄存器对应不同的数值设定，系统通过扫描键盘状态进行各个状态之间的切换。
模块化程序结构包括：中断服务程序结构、流速与流量计算程序结构、数据存储程序结构等[10]。其中，中断服务程序是本系统软件中的重要部分，由定时器中断实现，在此期间系统完成超声波发射与FPGA计时器计时结果的传递工作；流量与补偿计算程序模块主要完成截面平均流速、瞬时流量及累计流量的计算；数据存储程序模块用于保存流量修正系数和累计流量，以防止系统意外掉电时数据丢失。系统软件设计遵循了模块化设计思想，有很强的可读性和可移植性。软件结构不但符合智能仪表软件设计原则，而且符合系统自身的设计特点。
图4 主程序流程图
4 实验结果
实验建立模拟管道实验系统，能模拟真实管道中的气体流动，要达到能调节气体流速、流量的目的。实验装置的标准表为涡街流量计。实验管道材料为PVC，口径为30mm。气体流量由风机提供。风机由变频调速电机控制，通过计算机控制，测试系统可以设定变频调速电机的转速以调节流量，并且，采集涡街流量计测得的流量数据。
本实验主要检验在低流速下，超声波气体流量计的检测精度，实验中的流速范围设定在0.5~8.0m3/h，在这个流速范围内均匀地选择了8点进行测量，用空气对超声波气体流量计进行实验，实验结果如表1。实验时，每一个测量点记录3组数据。通过对每个测量点的3组测量数据进行分析，检测其重复性和不确定度。然后，采用三阶曲线拟合进行非线性修正。
表1 拟合后流速与相对误差对照表
从实验结果可以看出：随着流速的增加，系统测量精度也在提高，综合考虑本系统满足了系统设计的要求。
4、结语：
一键拨号:18915186518