质量流量计原理及组态应用课件.pptx
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- 关 键 词:
- 质量 流量计 原理 组态 应用 课件
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1、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、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。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、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行变换、放大,并输出与流量和密度成比例的的420或频率或频率/脉冲信号。脉冲信号。3、显示器:即显示器:即DCS指示,也有现场表头
2、显示。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科里奥利力质量流量计的工作原理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,也就是说子向外端流动,即质点的线速度由零逐渐加大,也就是说 质质点被赋于能量,随之而产生的反作用点被赋于能量,随之而产生的反作用 Fc 将使管子的旋转速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度减缓,即管子运动发生滞
3、后。相反,让一个质点从外端通过管子向原点流动过管子向原点流动,即质点的线速度由大逐渐减小趋向于零,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也就是说质点的能量被 释放出来,随之而产生的反作用力释放出来,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。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。就称为科氏力。FcFc其计算公式为:其计算公式为:Fc2式中:式中:Fc科里奥利力,科里奥利力,N角速度,角速度,1流体在旋转管道中的径向速度,流体在
4、旋转管道中的径向速度,运动体的质量,运动体的质量,若流体的密度为若流体的密度为,则任何一段则任何一段管道上的切向科里奥利管道上的切向科里奥利力为:力为:Fc A 2式中:式中:A 管道截面积,由于管道截面积,由于A,于是,于是 Fc 2 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计的工作原理的工作原理由上式可知,只要测出了科里奥利力由上式可知,只要测出了科里奥利力 Fc,就可,就可获得质量流量获得质量流量。然而通过旋转运动产生科里奥利力是困难的,目前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
5、以测量管谐振或接近谐振的频率(或其量管,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,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。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科里奥利质量流量计的工作原理的工作原理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
6、流驱动控制放的驱动线圈驱动,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。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
7、的质量流量成比例地扭曲,由于一个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。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。这个左右检测线圈的信号之间的滞后时间。这个“时间差时间差”乘上流量标定系数就可获得质量流量。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
8、等地一分为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,这样保证了二,送到两根测量管中,这样保证了100%的介质流经测量管的介质流经测量管 两根测量管由于驱动线圈的作用,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管中有流量时,产生如图所示的科里奥利现象。奥利现象。U形管质量流量计形管质量流量计的工作原理的工作原理内部结构在每个流量管上,均有一组磁铁在每个流量管上,均有一组磁铁/线圈组,我们称之为入口检测线圈组,我们称之为入口检测线圈和出口检测线圈。由于相对线圈和出口检测线圈。由于相对振动,线圈在磁铁的磁
9、场做切割振动,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,我们度。通过监测该交流信号,我们可判断测量管的运行状态。可判断测量管的运行状态。TimemV无流量无流量TimemV低流量低流量TimemV高流量高流量质量流量检测原理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
10、的检位的。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,而且其相位差相位差 T 与流量的大小成正比关系。这样,可以利用与流量的大小成正比关系。这样,可以利用 T 作为质量流量作为质量流量的标定系数,即可以用的标定系数,即可以用 T 来表示每秒有多少克的流量流过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变送器怎样计算质量流量流量标定常数流量标定常数(在工厂或现场标定在工厂或现场标定)流量标定常数,流量标定常数,4.27454.2745g/s/us X(1
11、-1)usg/s/us X(1-1)us Kflow=每产生1 s 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%/100C FTC=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质量流量计算 (由变送器进行)质量流量=Kflow X(t-Kzero)X(1-(FTCXTDegC)密度测量原理TimemVTimemV高密度高密度低密度低密度按照按照弹性模数弹性模数的理论,弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率的理论,弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率成成反比反比。这一概念引入到流量管的振动,整体
12、质量(测量管和内部。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,其介质之和)越大,其振动频率就越小。振动频率就越小。通过检测已知密度(例如通过检测已知密度(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密度与频率之间的线性关系线性关系。然后通过振动频率换算到密度。然后通过振动频率换算到密度密度测量原理密度测量原理密度标定系数密度标定系数 (在标定时得出在标定时得出)K K1 1传感器注入低密度标定介质(空气)时的管道周期D D1 1低密度标定介质的密度K K2 2传感器注入高密度标定介质
13、(水)时的管道周期D D2 2高密度标定介质的密度T Tc c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 变送器密度计算变送器密度计算1、直管式:优点是测量管加工简单,容易制造,并能自然、直管式:优点是测量管加工简单,容易制造,并能自然排空;缺点是不易起掁,为此需将测量管管壁减薄,或用高排空;缺点是不易起掁,为此需将测量管管壁减薄,或用高频起掁,但这样做会缩短测量寿命。频起掁,但这样做会缩短测量寿命。2、弯管式:优点是容易起掁。因此测量管管壁可以做得较、弯管式:优点是容易起掁。因此测量管管壁可以做得较厚,振动频率可以降低;缺点是加工复杂,不能自然排空。厚,振动频率可以降低;缺点
14、是加工复杂,不能自然排空。3、单管式:优点是不用分流,零点稳定;缺点是磁系统分、单管式:优点是不用分流,零点稳定;缺点是磁系统分别装在测量管和基体上,容易受外来振动干扰。别装在测量管和基体上,容易受外来振动干扰。4、双管式:优点是磁系统装在两根相同的测量管上,不易、双管式:优点是磁系统装在两根相同的测量管上,不易受外来振动干扰的影响;缺点是需将流体分流,分流不均会受外来振动干扰的影响;缺点是需将流体分流,分流不均会造成零点变化。造成零点变化。各种类型的的优点和缺点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
15、 D 和 F 系列传感器接线表和接线盒TerminalnumberMMI wire colorFunction123456789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-变送器接线传感器线 ELITE 传感器接线表和 接线盒MMI wire colorFunction驱动驱动+驱动驱动-温度温度-温度补偿温度补偿左检测线圈左检测线圈+右检测线圈右检测线圈+温度温度+右检测线圈右检测线圈-左检测线圈左检测线圈-蓝蓝灰灰红红棕棕白白绿绿桔桔黄黄紫紫质量流量计应用质量流量计应用n直接测量的变量质量流量密度温度n间接测量的变量体积流量总量科氏流量计的多参测量 密
16、度密度 温度温度 比重比重 温度温度 体积流量体积流量质量流量质量流量%体积浓度体积浓度%质量浓度质量浓度 纯流量纯流量 粘度粘度差压差压质量流量质量流量科氏力质量流量计的优点科氏力质量流量计的优点n不受介质特性变化的影响。不受介质特性变化的影响。n没有可动的机械部件。没有可动的机械部件。n管道内无障碍物。管道内无障碍物。n可测多参数。可测多参数。n对流速分布不敏感,因而无上下直管段要求。对流速分布不敏感,因而无上下直管段要求。n可测流体范围广。可测流体范围广。n测量精度高。测量精度高。质量流量计的应用科氏力质量流量计的缺点科氏力质量流量计的缺点n零点不稳定易漂移。零点不稳定易漂移。n压损大。
17、压损大。n对外界振动干扰较为敏感。对外界振动干扰较为敏感。n不能用于测量低密度介质和液体中含有不能用于测量低密度介质和液体中含有一定量的气体。一定量的气体。n不能用于大口径,目前局限于不能用于大口径,目前局限于150以下。以下。n价格贵。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)n举例基本精度=0.1%,零点不稳定度=9 kg/hr流量=50,000 kg/hr综合精度=0.118%流量=20,000 kg/hr综合精度=0.145%流量=10,000 kg/hr综合精度=0.19%流量=5,000 kg/hr综合精度=0.28%传感器精度曲线安装要求1.与管道
18、同一轴线,且无应力地装在管道系统,密封与管道同一轴线,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;发生共振;2.应做支撑,不能用传感器来支撑管道;应做支撑,不能用传感器来支撑管道;3.应尽量设置旁路;应尽量设置旁路;4.传感器应安装在阀的上游;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;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;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;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、输出为了避免可能电
19、子干扰,传感器电缆、电源、输出电缆必须分开。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n避免管道应力和扭曲;避免管道应力和扭曲;n安装地点不能有大的振动源;安装地点不能有大的振动源;n安装地点不能有大的磁场干扰源;安装地点不能有大的磁场干扰源;n传感器和变送器的电缆连接限制。传感器和变送器的电缆连接限制。变送器变送器变送器RFT9739是模块化并带有微处理器功能的是模块化并带有微处理器功能的电子装置,
20、配合电子装置,配合ASICS数字技术,可选择数字通信协数字技术,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、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,还可使用为模拟量、频率等输出信号,还可使用275型型HART通信手操器或通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及软件对其组态、检查及通信。通信。RFT9739的主要技术参数的主要技术参数 4 20mA模拟量输出,可表示质量或体积流量、密模拟量输出,可表示质量或体积流量、密度、温度、事件度、温度、
21、事件1和事件和事件2,频率,频率/脉冲输出,可表示瞬脉冲输出,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;独立于模拟量可输出015V方波,频率为方波,频率为110000Hz,脉冲宽度在低频可调;控制输出可表示流向、故障和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,可选择过程零点;数字输出的开关,可选择Bell 202或或RS-485串行标准,与串行标准,与HART协议兼容;电源为协议兼容;电源为85250V AC、50Hz或或1230V DC;环境温度为环境温度为30+55,密度,密度
22、测量范围为测量范围为05g/cc(05000kg/L);测温量程为测温量程为240+450,安全等级为,安全等级为UL、CSA。附加输出有附加输出有API密度输出、密度变化抑制、阻尼及出错显示。密度输出、密度变化抑制、阻尼及出错显示。输出能力传感器(ELITE CMF)传感器电缆最长1000 ft(330 m)分体型流量变送器(RFT9739)RS-485HART/Modbus主控制器可定标(0-10,000 Hz)频率/脉冲输出(ALTUS Model 3300)次毫安输出(4-20 mA)Bell 202/RS-485到 RS-232转换(PCI)ProLink 软件接口变送器接口(HC2
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