质量流量计原理及组态应用

质量流量计原理及组态应用DCS275手操器流量计系统组成质量流量计RFT9739三部分组成：传感器、变送器、显示器1、传感器：是测量管将流动的流体在振动管内产生科里奥利力，通过电磁检测将测量管的扭曲量转变成电信号，送到变送器处理。2、变送器：是把来自传感器的低电平信号进行变换、放大，并输出与流量和密度成比例的4～20ｍＡ或频率/脉冲信号。3、显示器：即DCS指示，也有现场表头显示。流量计系统组成及作用质量流量计种类schlumbergerE+HschlumbergerKROHNEEMERSONEMERSON科里奥利力质量流量计的工作原理当一根管子绕着原点旋转时，让一个质点从原点通过管子向外端流动，即质点的线速度由零逐渐加大，也就是说质点被赋于能量，随之而产生的反作用Fc将使管子的旋转速度减缓，即管子运动发生滞后。相反，让一个质点从外端通过管子向原点流动，即质点的线速度由大逐渐减小趋向于零，也就是说质点的能量被释放出来，随之而产生的反作用力Fc将使管子的旋转速度加快，即管子运动发生超前。这种能使旋转着的管子运动速度发生正超前或滞后的力Fc就称为科氏力。FcFc其计算公式为：Fc＝2ｍων式中：Fc—科里奥利力，Nω—角速度，1／ｓν—流体在旋转管道中的径向速度，ｍ／ｓｍ—运动体的质量，ｋｇ若流体的密度为ρ，则任何一段Δχ管道上的切向科里奥利力为：ΔFc＝ρAΔχ2ων式中：A—管道截面积，由于ρAν＝Ｑｍ，于是ΔFc＝2ΔχωＱｍ科里奥利质量流量计的工作原理由上式可知，只要测出了科里奥利力ΔFc，就可获得质量流量Ｑｍ。然而通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，目前产品均代之以管道振动产生的，即由两端固定的薄壁测量管，在中心处以测量管谐振或接近谐振的频率（或其高次谐波频率）所激励，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲，用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。科里奥利质量流量计的工作原理EMERSON质量流量计原理科里奥利质量流量传感器的流量管被一块磁铁和绕在弯管顶端的驱动线圈驱动，并以固有频率振动。变送器里的交流驱动控制放大电路放大传感器的左侧速度检测线圈的信号，产生驱动线圈的激励电压。这个驱动线圈电压的幅值不断受到电路调节以使流量管的位移保持一恒定的较低的偏激，使管道装置受到的应力最小。流量管的振动，以及流过管子流体的动量产生了一种叫科里奥利的力，该力使每个流量管以与每个振动周期流过管子的质量流量成比例地扭曲，由于一个流量管的扭曲滞后于另一个流量管，因此可以用电路比较器比较两个流量管上的传感器信号以确定扭曲量。变送器用精确的电路和一个高频晶振控制的时钟测量左右检测线圈的信号之间的滞后时间。这个“时间差”乘上流量标定系数就可获得质量流量。在双管型质量流量计当中，入口处的分流管把流入的介质均等地一分为二，送到两根测量管中，这样保证了100%的介质流经测量管两根测量管由于驱动线圈的作用，产生以支点为轴的相对震动。当测量管中有流量时，产生如图所示的科里奥利现象。U形管质量流量计的工作原理内部结构在每个流量管上，均有一组磁铁/线圈组，我们称之为入口检测线圈和出口检测线圈。由于相对振动，线圈在磁铁的磁场做切割磁力线的运动，在内部回路产生交流电信号。该信号能准确地反映线圈组间的相对位移和相对速度。通过监测该交流信号，我们可判断测量管的运行状态。TimemV无流量TimemV低流量TimemV高流量质量流量检测原理在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈监测到的交流电信号是同相位的。当有流量的时候，由于科里奥利作用，流量管产生扭曲，两端的检测线圈输出的交流电信号存在相位差。流量越大，相位差就越大，而且其相位差T与流量的大小成正比关系。这样，可以利用T作为质量流量的标定系数，即可以用T来表示每秒有多少克的流量流过变送器怎样计算质量流量流量标定常数(在工厂或现场标定)流量标定常数，4.2745g/s/usX(1-1)usKflow=每产生1μs相差所对应的流量(单位为克每秒)零流量偏移，调零(满管,静止,等温)Kzero=传感器无流量时的相差流量温度修正，4.73%/100CFTC=温度变化100C时由于流量管刚性变化而引起的流量百分比误差质量流量计算(由变送器进行)质量流量=KflowX(△t-Kzero)X(1-(FTCXTDegC))密度测量原理TimemVTimemV高密度低密度按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率成反比。这一概念引入到流量管的振动，整体质量（测量管和内部介质之和）越大，其振动频率就越小。通过检测已知密度（例如标准状态下的水和空气）的介质流经测量管时的频率，可以得到密度与频率之间的线性关系。然后通过振动频率换算到密度密度测量原理密度标定系数(在标定时得出)K1传感器注入低密度标定介质(空气)时的管道周期D1低密度标定介质的密度K2传感器注入高密度标定介质(水)时的管道周期D2高密度标定介质的密度Tc温度变化100C时由于流量管刚性变化而引起的密度百分比误差变送器密度计算各种类型的的优点和缺点D型传感器外壳流量管驱动线圈Pickoffs热电阻(RTD)过程连接过程连接接线盒分流支撑例：D型传感器结构ELITE传感器接线表和接线盒MMIwirecolorFunction驱动+驱动-温度-温度补偿左检测线圈+右检测线圈+温度+右检测线圈-左检测线圈-蓝灰红棕白绿桔黄紫质量流量计应用直接测量的变量质量流量密度温度间接测量的变量体积流量总量科氏流量计的多参测量密度温度比重温度体积流量质量流量%体积浓度%质量浓度纯流量粘度差压质量流量科氏力质量流量计的优点不受介质特性变化的影响。没有可动的机械部件。管道内无障碍物。可测多参数。对流速分布不敏感，因而无上下直管段要求。可测流体范围广。测量精度高。质量流量计的应用科氏力质量流量计的缺点零点不稳定易漂移。压损大。对外界振动干扰较为敏感。不能用于测量低密度介质和液体中含有一定量的气体。不能用于大口径，目前局限于150ｍｍ以下。价格贵。质量流量计的应用精度精度＝（基本精度（零点不稳定度/流量）X100）％举例基本精度=0.1%,零点不稳定度=9kg/hr流量=50,000kg/hr综合精度％=0.118%流量=20,000kg/hr综合精度％=0.145%流量=10,000kg/hr综合精度％=0.19%流量=5,000kg/hr综合精度％=0.28%传感器精度曲线安装要求1.与管道同一轴线，且无应力地装在管道系统，密封垫片不应突入管内，并避免与毗邻管道和安装构架发生共振；2.应做支撑，不能用传感器来支撑管道；3.应尽量设置旁路；4.传感器应安装在阀的上游；5.安装地点不能有大的磁场干扰源；6.安装方向问题、直管段问题；7.为了防止受潮，各接线盒完全密封；8.为了避免可能电子干扰，传感器电缆、电源、输出电缆必须分开。传感器推荐安装方向液体气体浆液同样可用于液体或气体,或者当要求自排空时.流量管朝下流量管朝上旗式将液体或浆液向上打(如图示).将气体向下打.对于小口径ELITE传感器,当用于浆液时也推荐流量管朝上.传感器安装注意事项避免管道应力和扭曲；安装地点不能有大的振动源；安装地点不能有大的磁场干扰源；传感器和变送器的电缆连接限制。变送器变送器RFT9739是模块化并带有微处理器功能的电子装置，配合ASICS数字技术，可选择数字通信协议。它与传感器连接使用而获得高精确度的质量流量、密度、温度和体积流量信号，并将获得的信号转换为模拟量、频率等输出信号，还可使用275型HART通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。RFT9739的主要技术参数4~20mA模拟量输出，可表示质量或体积流量、密度、温度、事件1和事件2，频率/脉冲输出，可表示瞬时质量流量、体积流量和质量流量总量或体积流量总量；独立于模拟量可输出0~15V方波，频率为1~10000Hz，脉冲宽度在低频可调；控制输出可表示流向、故障和过程零点；数字输出的开关，可选择Bell202或RS-485串行标准，与HART协议兼容；电源为85~250VAC、50Hz或12~30VDC；环境温度为－30℃~+55℃，密度测量范围为0~5g/cc(0~5000kg/L)；测温量程为－240℃~+450℃，安全等级为UL、CSA。附加输出有API密度输出、密度变化抑制、阻尼及出错显示。输出能力传感器(ELITECMF)传感器电缆最长1000ft(330m)分体型流量变送器(RFT9739)RS-485HART/Modbus主控制器可定标(0-10,000Hz)频率/脉冲输出(ALTUSModel3300)次毫安输出(4-20mA)Bell202/RS-485到RS-232转换(PCI)ProLink软件接口变送器接口(HC275)主毫安输出(4-20mA)控制输出(0/15v逻辑电平)后位仪表RFT9739的输出模拟信号(4-20mA),可组态成质量流量/体积流量/密度/温度频率/脉冲信号,可组态成质量流量/体积流量数字通讯信号逻辑电平信号(9)WHTLPO(-)(7)VIOTEMP(+)(5)GRNLPO(+)(3)ORNTEMP(-)(1)BRNDRIVE(+)(0)BLKSHIELDS(2)REDDRIVE(-)(4)YELTEMPGND(6)BLURPO(+)(8)GRARPO(-)(11)ISGND(12)SensorcablePowercableOutputcablesMAPWROUT(P)SV(-)(20)SV(+)(19)PV(-)(18)PV(+)(17)RETURN(16)FREQ(+)(15)VF(+)(14)ZERO(+)(21)CONTROL(22)SIGNALGND(23)TEMP(24)TUBEPERIOD(25)485B(26)485A(27)MASIGIN(S)电缆口和接线端17-18:第一路模拟输出,叠加HART信号19-20:第二路模拟输出15-16:频率输出26-27:RS485通讯输出P-S:压力补偿常用端子操作面板,Ver3自诊断LED调零按钮组态开关面板开关诊断LED意义每秒亮一次（25%亮，75%暗）正常运行常亮启动和初始化，正在调零闪烁三次，然后暗一秒通讯组态模式每秒暗一次（75%亮，25%暗）团状流量每秒亮四次故障状态诊断LED表示的意义流量计的启动1、变送器先通电预热（30分钟）2、启动流体运行，直至传感器温度等于流体的操作温度；3、切断下游阀，并确保没有泄漏；4、保证流体滿管。5、流量计调零调零方法按下ZERO调零按钮不放，至少保持10秒或LED灯持续点亮。用HART手操器发出调零命令。用闭合一次外部触点（16－21端子），至少保持10秒。手操器接入手操器接入端手操器开机画面一般组态内容传感器特性化组态设备变量组态输出频率输出“sensorselection”-4,1,1根据配套传感器(直管/弯管)进行选择,会影响标定系数的形式“flowcal.”-4,1,2,18位数,带两个小数点(如4.55234.75),在传感器铭牌上“density”-4,1,3分为K1,D1,K2,D2和TC,在传感器铭牌上“meterfactor”-4,1,5出厂设置为1,可根据要求调节传感器特性化典型传感器铭牌组态设备变量“massflowunit”-4,2,1,1根据用户要求选择标准质量流量单位“massflowcutoff”-4,2,1,2切除零点误差,但是最大不能超过满量程的千分之五“flowdirection”-4,2,1,7不同的设置会影响累计量和输出(见下页)流向设置的影响被测液体流量为正被测液体流量为负流量方向值毫安及频率输出流量累积值显示器或数字通讯口上的流量值毫安及频率输出流量累积值显示器或数字通讯口上的流量值仅前向增加增加读数为正零无变化读数为负仅反向零无变化读数为正增加增加读数为负双向增