LUXB智能旋進旋渦流量計

一、概述

智能旋進旋渦流量計是我公司開發研制的具有國內領先水平的新型氣體流量機表。該流量計集流量、溫度、壓力檢測功能於一體，並能進行溫度、壓力、壓縮因子自動補償，是石油、化工、電力、冶金等行業用於氣體計量的理想機表。

1.1產品主要特點

l        無機械可動部件，不易腐蝕，穩定可靠，壽命長，長期運行無須特殊維護；

l        采用16位電腦芯片，集成度高，體積小，性能好，整機功能強；

l        智能型流量計集流量探頭、微處理器、壓力、溫度傳感器於一體,采取內置式組合,使結構更加緊湊，可直接測量流體的流量、壓力和溫度，並自動實時跟蹤補償和壓縮因子修正；

l        采用雙檢測技術可有效地提高檢測信號強度，並抑制由管線振動引起的乾擾；

l        采用國內領先的智能抗震技術，有效的抑制瞭震動和壓力波動造成的乾擾信號；

l        采用漢字點陣顯示屏，顯示位數多，讀數直觀方便，可直接顯示工作狀態下的體積流量、標準狀態下的體積流量、總量，以及介質壓力、溫度等參數；

l        采用EEPROM技術，參數設置方便，可永久保存，並可保存最長達一年的歷史數據；

l        轉換器可輸出頻率脈沖、4～20mA模擬信號，並具有RS485接口，可直接與微機聯網，傳輸距離可達1.2km；

l        多物理量參數報警輸出，可由用戶任選其中之一；

l        流量計表頭可360度旋轉，安裝使用簡單方便；

l        配合本公司的FM型數據采集器，可通過因特網或者電話網絡進行遠程數據傳輸

l        壓力、溫度信號為傳感器輸入方式，互換性強；

l        整機功耗低，可用內電池供電，也可外接電源。

1.2主要用途

智能旋進旋渦流量計可廣泛應用於石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業測量各種氣體流量，是目前油田和城市天然氣輸配計量和貿易計量的首選產品。

二、 結構與工作原理

2.1流量計結構

流量計由以下七個基本部件組成（圖1）：

1.旋渦發生體

用鋁合金制成，具有一定角度的螺旋葉片，它固定在殼體收縮段前部，強迫流體產生強烈的漩渦流。

⒉殼體

本身帶有法蘭，並有一定形狀的流體通道，根據不同的工作壓力，殼體材料可采用鑄鋁合金或不銹鋼。         (圖1) 

⒊智能流量計積算機（原理見圖3）                   

由溫度、壓力檢測模擬通道、流量檢測數字通道以及微處理單元、液晶驅動電路和其它輔助電路組成，並配有外輸信號接口。               

4.溫度傳感器

以Pt100鉑電阻為溫度敏感元件，在一定溫度范圍內，其電阻值與溫度成對應關系。

5.壓力傳感器

以壓阻式擴散矽橋路為敏感元件，其橋臂電阻在外界壓力作用下會發生預期變化，因此在一定激勵電流作用下，其兩個輸出端的電位差與外界壓力成正比。

6.壓電晶體傳感器

安裝在靠近殼體擴張段的喉部，可檢測出漩渦進動的頻率信號。

⒎消旋器

固定在殼體出口段，其作用是消除旋渦流，以減小對下遊機表性能的影響。

2.2工作原理

流量傳感器的流通剖麵類似文丘利管的型線（圖2）。在入口側安放一組螺旋型導流葉片，當流體進入流量傳感器時，導流葉片迫使流體產生劇烈的旋渦流。當流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉，形成陀螺式的渦流進動現象。該進動頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質和密度的影響，檢測元件測得流體二次旋轉進動頻率就能在較寬的流量范圍內獲得良好的線性度。信號經前置放大器放大、濾波、整形轉換為與流速成正比的脈沖信號，然後再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理，最後在液晶顯示屏上顯示出測量結果(瞬時流量、累積流量及溫度、壓力數據)。

2.3流量積算機工作原理

圖3

流量積算機由溫度和壓力檢測模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成，並配有外輸出信號接口，輸出各種信號。流量計中的微處理器按照氣態方程進行溫壓補償，並自動進行壓縮因子修正，氣態方程如下：

………………(2)

式中：

Q_N              ——標況下的體積流量(m³/h)；

Q_V——工況下的體積流量(m³/h；

Pa——當地大氣壓力（KPa）；

P——流量計取壓孔測量的表壓（KPa）；

P_N ——標準狀態下的大氣壓力（101.325 KPa）；

T_N——標準狀態下的絕對溫度（293.15K）；

T——被測流體的絕對溫度（K）；

Z_N ——氣體在標況下的壓縮系數；

Z  ——氣體在工況下的壓縮系數；

註：當用鐘罩或負壓標定時取Z_N/Z=1，對天然氣(Z_N/Z)^1/2=F_Z為超壓縮因子。按中國石油天然氣總公司的標準SY／T6143－1996中的公式計算。 

三、主要技術參數與功能

3.1流量計規格、基本參數和性能指標（見表1）

（表1）

註：1.準確度：為溫度、壓力修正後的系統精度；

    2. A、B用以區別相同通徑不同流量范圍。

3.2標準狀態條件：P=101.325KPa，T=293.15K

3.3使用條件：

環境溫度：-30℃～+65℃

相對濕度：5%～95%

介質溫度：-20℃～+80℃

大氣壓力：86KPa～106KPa

3.4電氣性能指標 

3.4.1工作電源：

A．外電源：＋24VDC±15%，紋波＜5％，適用於4～20mA輸出、脈沖輸出、報警輸出、RS-485等；

       B．內電源：1組3.6V鋰電池（ER26500），當電壓低於3.0V時，出現欠壓指示。  

3.4.2整機功耗：

       A．外電源：<2W;

       B．內電源：平均功耗1mW，可連續使用兩年以上。

3.4.3脈沖輸出方式：

A．工況脈沖信號，直接將流量傳感器檢測的工況脈沖信號經光耦隔離放大輸出，高電平≥20V，低電平≤1V；

B． 定標脈沖信號，與IC卡閥門控制器配套，高電平幅度≥2.8V，低電平幅度≤0.2V，                單位脈沖代表體積量可設定范圍：0.001m³~100m³。單選擇該值時必須註意：定標脈沖信號頻率應≤900Hz。

C．定標脈沖信號，經光耦隔離放大輸出，高電平≥20V，低電平≤1V。

3.4.4  RS－485通信（光電隔離），可實現以下功能：

A．采用RS－485接口，可直接與上位機或二次表聯網，遠傳顯示介質的溫度、壓力和經溫度、壓力補償後的標準體積流量和標準體積總量；

B．由RS－485接口與HW－Ⅰ數據采集器配套，可組成電話網絡通信系統，一臺數據采集器可帶15臺流量計；

C．由RS－485接口與HW－Ⅱ數據采集器配套，可組成寬帶網絡通信系統，由INTERNET傳輸數據，一臺數據采集器可帶8臺流量計。

3.4.5  4～20mA標準電流信號（光電隔離）

      與標準體積流量成正比，4mA對應0 m³/h，20 mA對應最大標準體積流量（該值可在一級菜單中進行設置），制式：兩線制或三線制，流量計可根據所插電流模塊自動識別，並正確輸出。

3.4.6控制信號輸出：

A．下限報警信號（LP）：光電隔離，高低電平報警，報警電平可設定，工作電壓＋12V~+24V，最大負載電流50mA；

B．上限報警信號（UP）：光電隔離，高低電平報警，報警電平可設定，工作電壓＋12V~+24V，最大負載電流50mA；

       C．關閥報警輸出（BC端，IC卡控制器用）：邏輯門電路輸出，正常輸出低電平，幅度≤0.2V；報警輸出高電平，幅度≥2.8V,負載電阻≥100kΩ；

D．電池欠壓報警輸出（BL端，IC卡控制器用）：邏輯門電路輸出，正常輸出低電平，幅度≤0.2V；報警輸出高電平，幅度≥2.8V,負載電阻≥100kΩ；

3.5實時數據存儲功能

3.5.1流量計為瞭適應數據管理方麵的需要，增加瞭實時數據存儲功能，由設定選擇以下三者之一：

A．起停記錄：最近的1200次起停時間、總量、凈流量記錄。出廠默認項。對應通信協議由公司另外提供）；

B．日記錄：最近920天的日期、零點時刻的溫度、壓力、標準體積流量和總量記錄。

C．定時間間隔記錄：1200條定時間間隔的日期時間、溫度、壓力、標準體積流量和總量記錄。

3.5.2通過電腦可讀取上述存儲數據，形成數據報表、曲線圖供分析。

3.6網絡通信管理軟件功能

   流量計與數據采集器配套，可通過電話線或寬帶網進行通信，對網絡中的每臺流量計的歷史數據及參數進行讀取與設置，同時通信管理軟件可實現完善的管理功能。

3.7防爆標志：ExdIIBT4;ExiaIICT4

3.8防護等級：IP65

3.9壓力損失

流量計實際壓力損失計算公式如下：

…………………

式中：

ΔP₁­——流量計實際壓力損失（KPa）；

ρ ——被測介質密度（kg/m³）

ΔP ­——介質為乾空氣時流量計的壓力損失(KPa),其特性曲線見下圖

3.10接線口：出線接口為M20×1.5內螺紋。

四、選型與安裝

4.1流量計選型

在選型過程中應把握兩條原則；即：一要保證生產安全，二要保證使用精度。為此必須落實三個選型參數，即近期和遠期的最大、最小及常用流量(主要用於選定機表公稱通徑)、被測介質的設計壓力(主要用於選定機表的公稱壓力等級)、實際工作壓力(主要用於選定機表壓力傳感器的壓力等級)。

a.當已知被測流量為工況體積流量時，可直接按表中的流量范圍選取適配的公稱通徑；

b.當已知被測流量為標況條件下的體積流量時，應先將標況體積流量Q_N換算為工況體積流量Qv，再按技術參數表中的流量范圍選取相應的公稱通徑；

c.當兩種口徑流量計均能覆蓋最低和最高體積流量時，在壓損允許下，應盡量選小口徑；

d.勿使實際最小流量Qmin低於所選公稱通徑流量計的流量下限；

e.流量范圍、公稱壓力有特殊要求時可協議訂貨。

選型計算公式如下：

式中：T、P、Pa含義同上，Q為體積流量，Qn為標準體積流量，Z/Zn數值列於表2.因計算步長較大，表內數據僅供參考，表中數據按天然氣真實相對密度Gr=0.600，氮氣和二氧化碳摩爾分數均為0.00計算。當介質壓力低於0.1MPa，均可按Z/Zn＝1估算。

                                                                       表2

4.2選型實例：

   已知某一供氣管線實際工作壓力范圍為表0.80MPa－1.2MPa，介質溫度范圍為－10℃～＋40℃，供氣峰值為標準體積流量25000，供氣谷值為標準體積流量5600，天然氣之真實相對密度Gr＝0.591，氮氣摩爾百分含量為Mn＝1.6％，二氧化碳摩爾百分含量為Mc=0.8％,當地大氣壓力為101.3KPa，要求確定流量計之口徑。

   當介質壓力為0.8MPa，溫度為40℃，天然氣的壓縮因子影響最小，此時當處於供氣峰期時，具有最大體積流量；而當介質壓力為1.2MPa，溫度為－10℃，壓縮因子影響最大，此時當處於供氣谷期時，具有最小體積流量。

   當Gr＝0.591，Mn＝1.6％，Mc=0.8％，表壓P=0.8MPa,溫度T＝40℃,按SY／T6143之公式，可求得Zn/Z＝1.0127，故最高體積流量為

當表壓P=1.2MPa，溫度T=-10℃時，可求得Zn/Z＝1.0355，故最小體積流量為：

再由表1查得“流量計口徑為200mm，即選取LUXB-200型流量計。

4.3流量計外形尺寸及安裝外形尺寸圖

流量計的外形尺寸如圖所示，圖中未註尺寸列於表1中，流量計采用法蘭連接方式，法蘭尺寸執行GB/T9112～9113-2000標準。

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