Обзор

Интеллектуальный расходомер вихревого типа — это новое устройство для измерения расхода газов, разработанное и изготовленное нашей компанией. Этот расходомер объединяет в себе функции измерения расхода, температуры и давления и обеспечивает автоматическую компенсацию температуры, давления и коэффициента сжимаемости. Он является идеальным прибором для измерения газов в таких отраслях, как нефтедобыча, химическая промышленность, энергетика и металлургия.

Особенности продукта

1. Отсутствуют механические подвижные детали, устойчивость к коррозии, высокая надежность и долгий срок службы; при длительной эксплуатации не требуется специальное техническое обслуживание.

2. Используется 16-разрядный компьютерный чип с высокой степенью интеграции, малыми габаритами, отличными характеристиками и мощными функциональными возможностями всего устройства;

3. Интеллектуальный расходомер объединяет в себе расходный датчик, микропроцессор, датчики давления и температуры в одном устройстве; благодаря интегрированной конструкции он обладает более компактной структурой и позволяет непосредственно измерять расход, давление и температуру жидкости, а также автоматически в режиме реального времени отслеживать и корректировать поправочные коэффициенты и коэффициенты сжимаемости.

4. Использование технологии двойного детектирования позволяет эффективно повысить интенсивность сигнала детектирования и подавить помехи, вызванные вибрацией трубопровода;

5. Используется передовая отечественная интеллектуальная технология сейсмостойкости, которая эффективно снижает помехи, вызванные колебаниями и перепадами давления.

6. Используется матричный дисплей с китайскими иероглифами, обеспечивающий большое количество отображаемых разрядов, интуитивно понятное и удобное считывание данных; может непосредственно отображать объёмный расход в рабочих условиях, объёмный расход в стандартных условиях, общий объём, а также такие параметры, как давление и температура среды.

7. Используется технология EEPROM, что обеспечивает удобную настройку параметров, их постоянное сохранение и возможность хранения исторических данных сроком до одного года;

8. Преобразователь может выдавать частотные импульсы, аналоговый сигнал 4–20 мА и оснащён интерфейсом RS485, что позволяет напрямую подключаться к микрокомпьютеру; дальность передачи достигает 1,2 км.

9. Выходная сигнализация по нескольким физическим параметрам, пользователь может выбрать любой из них;

10. Корпус расходомера можно поворачивать на 360 градусов; его установка и использование просты и удобны.

11. Сигналы давления и температуры подаются на датчик через входной интерфейс с высокой взаимозаменяемостью;

12. Общий энергопотребление устройства низкое; оно может питаться как от встроенной батареи, так и от внешнего источника питания.

Основное применение

Интеллектуальные расходомеры вихревого типа широко применяются для измерения расхода различных газов в таких отраслях, как нефтедобыча, химическая промышленность, энергетика, металлургия и городские газоснабжающие системы. В настоящее время они являются специализированным продуктом для учёта и коммерческого измерения потоков нефтяного и городского природного газа.

Структура и принцип работы

Конструкция расходомера

Расходомер состоит из следующих семи основных компонентов (рис. 1):

1. Тело, вызывающее вихрь

Изготовленный из алюминиевого сплава, он имеет винтовые лопасти с определённым углом наклона; эти лопасти закреплены в передней части сужающейся части корпуса и вынуждают жидкость создавать интенсивное вихревое течение.

2. Корпус

Сама по себе имеет фланец и канал для потока определённой формы; в зависимости от рабочего давления материал корпуса может быть литым алюминиевым сплавом или нержавеющей сталью.

3. Интеллектуальный счётчик расхода с интегратором (принцип работы показан на рис. 3)

Состоит из аналогового канала для контроля температуры и давления, цифрового канала для контроля расхода, микропроцессорного блока, схемы управления жидкокристаллическим дисплеем и других вспомогательных схем; оснащён интерфейсом для внешней передачи сигналов.

4. Датчик температуры

В качестве температурно-чувствительного элемента используется платиновый резистор Pt100; в определённом диапазоне температур его сопротивление соответствует температуре.

5. Датчик давления

В качестве чувствительного элемента используется мостовая схема на основе диффузионного кремниевого резистора, сопротивление плеч которой под воздействием внешнего давления изменяется в соответствии с ожидаемой зависимостью. Таким образом, при определённом значении питающего тока разность потенциалов на двух выходных клеммах прямо пропорциональна внешнему давлению.

6. Пьезоэлектрический кристаллический датчик

Установленный в горловине, расположенной близко к расширяющемуся участку оболочки, он способен выявлять частотный сигнал от прецессии вихрей.

7. Ракурсатор

Закреплённый на выходном участке корпуса, он служит для устранения вихревых потоков, чтобы снизить влияние на работу нижестоящих приборов.

Принцип работы

Профилю потока в датчике расхода аналогичен профилю трубки Вентури (рис. 2). На входной стороне установлен набор спиралевидных направляющих лопастей; когда жидкость поступает в датчик расхода, эти лопасти вызывают интенсивное закручивание потока. При переходе жидкости в участок расширения закрученный поток под воздействием обратного тока начинает совершать вторичное вращение, что приводит к явлению прецессии вихря в гироскопическом режиме. Частота этой прецессии прямо пропорциональна величине расхода и не зависит от физических свойств и плотности жидкости. Датчик измерения, регистрируя частоту вторичного вращения потока, обеспечивает высокую линейность в широком диапазоне расходов. Сигнал, усиленный предварительным усилителем, фильтруется, формируется и преобразуется в импульсный сигнал, пропорциональный скорости потока. Затем этот сигнал вместе с другими сигналами, полученными от датчиков температуры, давления и других параметров, передается в микропроцессор для интеграционной обработки. В итоге на жидкокристаллическом дисплее отображаются результаты измерений (мгновенный расход, суммарный расход, а также данные о температуре и давлении).

Рисунок 2

Основные технические параметры и функции

Технические характеристики, основные параметры и эксплуатационные показатели расходомеров

Электрические эксплуатационные характеристики

Рабочий источник питания:

А. Внешний источник питания: +24 В пост. тока ±15%, пульсации <5%; подходит для выходов 4–20 мА, импульсных выходов, сигнальных выходов, RS-485 и других;

Б. Внутренний источник питания: 1 комплект литиевых батарей 3,6 В (ER26500); при снижении напряжения ниже 3,0 В срабатывает индикатор пониженного напряжения.

Потребляемая мощность всего устройства:

А. Внешний источник питания: <2 Вт;

B. Внутренний источник питания: среднее энергопотребление — 1 мВт, может использоваться непрерывно более двух лет.

Режим импульсного выхода:

А. Импульсный сигнал рабочего режима: импульсный сигнал рабочего режима, регистрируемый датчиком расхода, напрямую изолируется и усиливается с помощью оптопары, выходной сигнал — высокий уровень ≥20 В, низкий уровень ≤1 В;

Б. Калибровочный импульсный сигнал, совместимый с контроллером клапана на основе IC-карты: амплитуда высокого уровня ≥ 2,8 В, амплитуда низкого уровня ≤ 0,2 В; диапазон значений объёма, соответствующих единичному импульсу, настраиваемый в пределах: от 0,001 м³ до 100 м³. При выборе конкретного значения необходимо учитывать: частота калибровочного импульсного сигнала должна быть ≤ 900 Гц.

C. Калибровочный импульсный сигнал, изолированный и усиленный с помощью оптопары, выходной уровень: высокий — ≥20 В, низкий — ≤1 В.

Коммуникация по протоколу RS-485 (оптическая изоляция) позволяет реализовать следующие функции: используя интерфейс RS-485, прибор может напрямую подключаться к верхнему компьютеру или вторичному индикатору для дистанционной передачи данных о температуре и давлении носителя, а также о стандартном объемном расходе и общем стандартизированном объеме с учетом компенсации температуры и давления. Стандартный токовый сигнал 4–20 мА (оптическая изоляция) пропорционален стандартному объемному расходу: 4 мА соответствует 0 м³/ч, а 20 мА — максимальному стандартному объемному расходу (это значение можно настроить в основном меню). Тип подключения: двухпроводной или трехпроводной. Расходомер автоматически распознает подключенный токовый модуль и правильно отображает данные.

Выход управляющего сигнала:

А. Сигнал тревоги нижнего предела (LP): оптоэлектрическая изоляция, тревога на высоком и низком уровнях; уровень тревоги настраиваемый; рабочее напряжение +12 В ~ +24 В; максимальный ток нагрузки 50 мА.

B. Сигнал верхнего предела тревоги (UP): оптоэлектрическая изоляция, тревога при высоком и низком уровнях сигнала; уровень тревоги настраиваемый; рабочее напряжение +12 В ~ +24 В; максимальный ток нагрузки 50 мА.

C. Выход сигнализации при закрытии клапана (клеммы BC, используется с контроллером на IC-карте): выход логической схемы; в нормальном состоянии на выходе низкий уровень напряжения, амплитуда ≤ 0,2 В; при срабатывании сигнализации — высокий уровень напряжения, амплитуда ≥ 2,8 В, сопротивление нагрузки ≥ 100 кОм.

D. Выход сигнализации о низком напряжении батареи (клемма BL, используется в контроллере IC-карты): выход логической схемы; в нормальном состоянии на выходе низкий уровень напряжения с амплитудой ≤0,2 В; при срабатывании сигнализации — высокий уровень напряжения с амплитудой ≥2,8 В; сопротивление нагрузки ≥100 кОм.

Выбор и установка

Выбор расходомера

При выборе оборудования следует придерживаться двух принципов: во-первых, обеспечить безопасность производства; во-вторых, гарантировать точность эксплуатации. Для этого необходимо учитывать три параметра выбора: максимальный, минимальный и обычный расходы в ближайшей и отдалённой перспективе (в основном для определения номинального диаметра прибора); проектное давление измеряемой среды (в основном для определения номинального класса давления прибора); фактическое рабочее давление (в основном для определения класса давления датчика давления прибора).

а. Когда известно, что измеряемый расход является объемным расходом в рабочих условиях, можно непосредственно выбрать соответствующий номинальный диаметр из диапазона расходов, указанного в таблице;

б. Когда известно, что измеряемый расход представляет собой объемный расход в стандартных условиях, сначала следует пересчитать стандартный объемный расход QN в рабочий объемный расход Qv, а затем выбрать соответствующий номинальный диаметр согласно диапазону расхода, указанному в таблице технических параметров.

c. Когда оба типоразмера расходомеров способны охватить как минимальный, так и максимальный объемные расходы, при допустимых потерях давления следует по возможности выбирать расходомер меньшего типоразмера;

d. Не допускайте, чтобы фактический минимальный расход Qmin опускался ниже нижнего предела расхода для выбранного измерительного прибора с номинальным диаметром;

e. При особых требованиях к диапазону расхода и номинальному давлению возможен заказ по соглашению.

Формула для выбора типоразмера следующая:

В данной формуле: T, P и Pa имеют те же значения, что и выше; Q — это объёмный расход, Qn — стандартный объёмный расход; значения Z/Zn приведены в таблице 2. Ввиду большого шага расчёта данные таблицы носят справочный характер. Данные в таблице рассчитаны при реальной относительной плотности природного газа Gr = 0,600 и мольных долях азота и диоксида углерода, равных 0,00 каждая. Когда давление среды ниже 0,1 МПа, можно принимать Z/Zn = 1 для оценки.

Заводской дисплей

Честь шоу

Выставочный стиль