LUXB智能旋进旋涡流量计

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。

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。         (图1) 

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（图2）。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

图3

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：

Q_N              ——标况下的体积流量(m³/h)；

Q_V——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）；

P_N ——标准状态下的大气压力（101.325 KPa）；

T_N——标准状态下的温度（293.15K）；

T——被测流体的温度（K）；

Z_N ——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Z_N/Z=1，对天然气(Z_N/Z)^1/2=F_Z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）

注：1.准确度：为温度、压力修正后的系统；

    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对应标准体积流量（该值可在菜单中进行设置），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，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，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：

…………………

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。为此必须落实三个选型参数，即近期和远期的、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Q_N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和体积流量时，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。

                                                                       表2

4.2选型实例：

   已知某一供气管线实际工作压力范围为表0.80MPa－1.2MPa，介质温度范围为－10℃～＋40℃，供气峰值为标准体积流量25000，供气谷值为标准体积流量5600，天然气之真实相对密度Gr＝0.591，氮气摩尔百分含量为Mn＝1.6％，二氧化碳摩尔百分含量为Mc=0.8％,当地大气压力为101.3KPa，要求确定流量计之口径。

   当介质压力为0.8MPa，温度为40℃，天然气的压缩因子影响小，此时当处于供气峰期时，具有体积流量；而当介质压力为1.2MPa，温度为－10℃，压缩因子影响，此时当处于供气谷期时，具有小体积流量。

   当Gr＝0.591，Mn＝1.6％，Mc=0.8％，表压P=0.8MPa,温度T＝40℃,按SY／T6143之公式，可求得Zn/Z＝1.0127，故体积流量为

当表压P=1.2MPa，温度T=-10℃时，可求得Zn/Z＝1.0355，故小体积流量为：

再由表1查得“流量计口径为200mm，即选取LUXB-200型流量计。

4.3流量计外形尺寸及安装外形尺寸图

流量计的外形尺寸如图所示，图中未注尺寸列于表1中，流量计采用法兰连接方式，法兰尺寸执行GB/T9112～9113-2000标准。