如何選擇渦街流量計(jì)及其顯示儀表

　渦街流量計(jì)是70年代末、八十年代初發(fā)展起來的一種新型流量計(jì),由于渦街流量計(jì)具有無法比擬的優(yōu)越性.近年來在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。但縱觀目前國內(nèi)許多企業(yè)渦街流量計(jì)之應(yīng)用情況.并非很理想。究其原因既有渦街流量計(jì)處于發(fā)展階段,某些技術(shù)尚未解決,又有用戶選型不當(dāng),缺乏了解及使用管理等問題.因?yàn)楦鞣N儀表都有自己的特點(diǎn)、也必然有其局限性。本文對渦街流量計(jì)及其顯示儀表的選用作以介紹。

　　1、如何選擇渦街流量計(jì)為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的計(jì)量,設(shè)計(jì)遠(yuǎn)型時(shí)除要求了解測量對象(如管通道口徑、流體介質(zhì)組分、流體物性參數(shù),流速范圍、清潔程度等)以外,在選擇使用渦街流量計(jì)時(shí)還應(yīng)注意:傳感器型式結(jié)構(gòu)不同(差別主要產(chǎn)生旋渦和檢測旋渦的方法不同)、各有其不同的特性。掌握了這些特點(diǎn)、并針對介質(zhì)及其流動(dòng)條件、測量要求等正確選用就會有一定把握。

　　(1)振動(dòng)問題這是應(yīng)力式渦街流量計(jì)一個(gè)嚴(yán)重缺陷,各國出售的近10種商用儀表,無論哪種型式,消除振動(dòng)影響,提高信噪比都是共同問題。用兩片壓電元件作檢測件,并合理設(shè)計(jì)了元件位置的傳感器(如橫河公司的yf!00型)可減少振動(dòng)的影響.雖則在使用過程中由于質(zhì)量中心位置不能確定,尚不能完全消除噪聲影響,但比使用單片壓電元件(國內(nèi)有廠家仍生產(chǎn)此種產(chǎn)品)的抗振動(dòng)噪聲能力提高一個(gè)數(shù)量級。

　　(2)傳感器耐溫與絕緣阻抗、抗干擾能力之間的關(guān)系應(yīng)力式傳感器元件采用的是壓電陶瓷.常溫下絕緣阻抗一般為1omq一i00mq但若長期在300亡狀態(tài)下工作,其絕緣阻抗會急劇下降(1mq甚至是10kq一100kq日本oval和橫河公司水平為im偽,輸出信號也變小.導(dǎo)致測量系統(tǒng)低頻特性惡化,既要放大微弱信號,又要消除干擾.困難更大。

　　(3)壓電元件壓元件：

　　是關(guān)鍵部件,它還影響著傳感器的其它性能指標(biāo),如靈敏度、工作溫度、小流量檢測能力等如橫河yewflo渦街表采用l.nbo3,且用穩(wěn)定的特殊玻璃封裝.可適當(dāng)提高溫度上限,而普通的pzt壓電陶瓷材料只能用于150℃以下的檢測元件。此外還要注意,一般壓電元件工作溫度大約等于3/5居里溫度;壓電陶瓷片失效或介質(zhì)溫度接近元件的居里溫度時(shí).整機(jī)就會失效卜

　　1.2、電容式渦街流量計(jì)：

　　電容式渦街流量計(jì)除了具有渦街流量儀表的一般優(yōu)點(diǎn)之外、還有許多優(yōu)點(diǎn).如可測量溫度高達(dá)400℃,特別由于在探頭中采用了差動(dòng)開關(guān)電容檢測等技術(shù).使振動(dòng)得到了有效補(bǔ)償,故一般頻率范圍為1一500hz的振動(dòng)以及高達(dá)19的振動(dòng)加速度被抑制。在現(xiàn)場對壓電應(yīng)力式和電容式兩種儀表作振動(dòng)對比試驗(yàn)證明,后者信號非常清晰、信噪比高。但該流量計(jì)確欠缺的地方.如傳感器空穴里必須充滿油或空氣,以支撐外金屬極,熱膨脹時(shí)相變限制了它的應(yīng)用.外金屬極必須薄才能達(dá)到靈敏的要求,但薄形金屬不能承受熱力和壓力的沖擊。另外,在空穴里充油的情況下,被損壞的膜可能導(dǎo)致油泄放到管道中去,這在某些場合是絕對不允許的。

　　1.3、磁敏式渦街流量計(jì)：

　　磁敏式渦街流量計(jì)其最大優(yōu)點(diǎn)是抗振性能好,耐腐蝕性較好.可以測量高溫介質(zhì)、一最高可達(dá)427℃,是測量蒸汽、較潔凈煙氣的理想儀表。但相比之下,靈敏度和側(cè)量范圍略遜于熱敏式和壓電式。當(dāng)然,必要時(shí)可通過縮小管徑來提高流速。表體圓環(huán)內(nèi)振蕩的圓形振片(不接觸流體介質(zhì))在大多數(shù)場合無需進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),但在測腐蝕性介質(zhì)或被測介質(zhì)含沉淀物時(shí),應(yīng)定期清除阻礙振片自由運(yùn)動(dòng)的污物或更換(拆裝較簡便),可動(dòng)振片對傳感器疲勞壽命有一定程度的影響。此外、選用時(shí)還應(yīng)注意儀表安裝環(huán)境不應(yīng)有強(qiáng)磁場干擾、如高壓變電站、整流所或大直流電解槽等。因磁敏式儀表必須豎直向上安裝,如受管路布置和安裝空間的限制,則不能選用

　　1.4、熱敏式渦街流量計(jì)：

　　熱敏式渦街流量計(jì)的敏感部件是一個(gè)熱敏電阻,每一個(gè)旋渦的產(chǎn)生就會造電阻上電壓波動(dòng)一次,即產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。其特點(diǎn)是靈敏度高、測量范圍大,在氣體測量時(shí)(尤其是低密度氣體測量)更顯示出其獨(dú)特優(yōu)越性。但因熱敏電阻一般用玻璃封裝,較脆弱、易受流體中臟物和有害物質(zhì)影響,易受顆粒物撞擊而損壞、故耐腐蝕、耐臟污性差。熱敏電阻的熱滯后,對頻響特性有影響,噪聲較大。現(xiàn)場調(diào)試時(shí),除應(yīng)調(diào)整濾波使信號波形正常外,還要針對不同被測介質(zhì),對加熱功率進(jìn)行計(jì)算、調(diào)整。

　　1.5、超聲波渦街流量計(jì)：

　　超聲波渦街流量計(jì),是鑒于力檢測方式的渦街儀表難以取得良好的耐振性,而以靈敏度高、量程比寬、抗振性好為目的而研制開發(fā)的?？伸`活選用發(fā)生體形狀和尺寸。適宜測量一般氣體和可燃?xì)怏w。由于可在管外非接觸測量,故對高靜壓、強(qiáng)腐蝕性流體的測量有滿意效果,但測量氣體、液體,儀表是不可通用的。此外管道內(nèi)壁如有較多松軟。

　　2、如何選擇智能流量補(bǔ)償積算儀：

　　智能流量顯示儀表是用來與各種流量感t}配套使用，以實(shí)現(xiàn)流量積算和顯示瞬時(shí)流t的功能。這種儀表采用單片微機(jī)、軟件代替一部分fi}件功能，它能簡化電路、增加功能、提高精度、降低售價(jià)和加快新一代產(chǎn)品的開發(fā)速度。但是由于國內(nèi)研制、生產(chǎn)單位近百家，一些用戶對單片機(jī)缺乏了解和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，所以有的選擇不當(dāng)不能滿足計(jì)量要求或使應(yīng)用狀態(tài)不佳。筆者認(rèn)為，選型應(yīng)從以下幾方面綜合考慮:

　　(1)看單片機(jī)型:單片機(jī)是智能儀表的核心,從芯片價(jià)格、字長、運(yùn)算速度、編程靈活比、硬件配套等方面考慮,目前至少應(yīng)選用采用mcs一51系列單片機(jī)8031的芯片.當(dāng)然也有采用更高級如8098的。

　　(2)看輸入信號處理:一般應(yīng)有濾波、轉(zhuǎn)換、限幅、選通、a/d轉(zhuǎn)換、隔離等功能,而且若a/o位數(shù)為8位(分辨率為l/256),則整機(jī)較難達(dá)到0.5級精度二用v/f作a/d時(shí),應(yīng)注意’v/f精度取決于轉(zhuǎn)換后的頻率高低(采樣時(shí)間一定);對于多路輸入.還要看a/d板是否采用真差動(dòng)輸人方式。

　　(3)看是否具備直流電源輸出:有些儀耕有、路或2路24v直流電源輸出,這便于直接連接二線制變送器而省掉電源箱、配電器等環(huán)節(jié),縮短測量鏈;同時(shí),利用此電源,外接或內(nèi)接電位器還可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場校驗(yàn)功能。

　　(4)看自診斷功能:智能儀表的檢修較之常規(guī)儀表要復(fù)雜,因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)不同于常規(guī)邏輯電路,且大多數(shù)僅表維修人員對計(jì)算機(jī)不熟悉,這在一定程度上使智能儀表推廣受到影響。因此這不僅要求儀表可靠性要高.還要求儀表有較強(qiáng)的診斷功能。如程序出錯(cuò)自診斷和reset自動(dòng)恢復(fù),輸人輸出接口運(yùn)行診斷等,以便快速查找出故障。

　　(5)看數(shù)據(jù)保護(hù)情況:這涉及到修改組態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)加密問題和儀表掉電數(shù)據(jù)保護(hù),上電自復(fù)位,恢電子·儀器儀表用戶復(fù)問題,后備電池又有扣式理電池、5號干電池和可充電鎳鍋電池幾種。另外要注意,有些儀表組態(tài)值存人擴(kuò)展的ram(被保護(hù))中,而累積值數(shù)據(jù)存入單片機(jī)內(nèi)ram中,如采用ezprom作數(shù)據(jù)存貯器,則使用會更方便、可靠。

　　(6)看修正數(shù)模與適應(yīng)性:智能儀表除用于特殊信號處理,如超聲波信號脫落處理、明渠流量計(jì)量、電磁流量計(jì)量的正反向流、量程的自動(dòng)切換之外,通用儀表的修正數(shù)模應(yīng)能適合大多數(shù)流量計(jì)及常見介質(zhì)的溫度、壓力校正以及液體的粘度修正、水蒸汽的干度校正和適于節(jié)流裝置的孔徑、流量系數(shù)、流束膨脹系數(shù)修正等。

　　(7)看顯示內(nèi)容:儀表除可顯示溫度、壓力、流量等瞬態(tài)值與累積流量值外,有的顯示功能更豐富,’如可顯殺前向通道零點(diǎn)值、放大系數(shù)值、差壓值、熱量流量、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。對于多通道儀表,通道號顯示的字型大小、顏色、位置應(yīng)適當(dāng),而且因不同通道量程不同,故還應(yīng)有量程的倍率及其顯示以及單位的顯示與變換。

　　(8)看輸入信號類型是否全面:如不僅可接收0一10ma、4~20ma、頻率流量信號、還可直接接受溫度、壓力補(bǔ)償用的電阻、毫伏和電流信號,并通過一定方法進(jìn)行辨別而采用不同采樣計(jì)算方法,使之適應(yīng)能力強(qiáng)。

　　(9)看儀表自檢定功能:自動(dòng)(定時(shí))校準(zhǔn)零點(diǎn)和滿度可以提高測量可靠性和準(zhǔn)確度,但這一點(diǎn)國內(nèi)大部分儀表未做到。有的是由人工按下自檢鍵,機(jī)內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號,以檢查各通道硬件與軟件,并顯示、打印出結(jié)果。

　　(10)看自組態(tài)與通用性:看硬件與軟件的設(shè)計(jì)是否做到靈活,便于改寫、擴(kuò)充、組合和自組態(tài),使其通用性強(qiáng)。如目前仍選用測量不同流體需更換eprom或輸出不同制式電流需改變輸出電路等,顯然是不合時(shí)宜的。

　　(11)看數(shù)據(jù)再輸出情況:即是否具有再輸出電流以及數(shù)據(jù)通信功能,以便連接后續(xù)儀表或上位計(jì)算機(jī),構(gòu)成能源計(jì)量網(wǎng)絡(luò),或配接微型打印機(jī),而不應(yīng)將智能儀表作為顯示“終端’。

　　(12)看操作、使用簡易性:這包括儀表接線、復(fù)位、參數(shù)的計(jì)算、送人、檢查、修改、顯示內(nèi)容的切換,累計(jì)值的讀數(shù)與清零(是否可清零及方式最好可選)以及少量的盤面按鍵或采用小型鍵盤(多通道儀表)等。如有的儀表采用eprom拷貝參數(shù)方式作為掉電保護(hù),給用戶更改帶來不便。

　　(13)看抗干擾能力:處于工業(yè)現(xiàn)場的智能儀表會受到通過電源或地線,或輸入輸出接口以及電磁場輻射等干擾。若儀表硬件設(shè)計(jì)和制作工藝不佳的話也會產(chǎn)生自身干擾源。有的儀表未采用數(shù)字濾波,對信號噪聲抑制不夠;同時(shí),由于無輸出保護(hù),常由于一次元件失效引起輸人變換部分的損壞;有的儀表電源設(shè)計(jì)過于簡單,對電網(wǎng)中高頻脈沖干擾無抑制能力,程序跑飛后又無自恢復(fù)功能。因此,現(xiàn)場抗干擾能力是選型不容忽視的問題,有條件的話建議由制造廠家陳述其抗干擾設(shè)計(jì)及其實(shí)際能力,并在現(xiàn)場試用一段時(shí)間。

　　此外,選用時(shí)還要注意可否盤裝及其開孔尺寸、制造廠家質(zhì)量保證體系與服務(wù)信譽(yù)、產(chǎn)品價(jià)格、技術(shù)資料與備件提供情況等。總之,用戶應(yīng)根據(jù)自身需求,綜合考慮、查詢以上問題,慎重選用抗干擾能力強(qiáng),自診斷功能豐富,通用性好、可靠.操作使用簡便,價(jià)格適宜,可自組態(tài)(或編程)的智能流量儀表。