量程自适应型差压式流量计

量程自适应型差压式流量计
        1.. 差压式流量计存在的问题
        国内经济的持续发展和国家对节约能源消耗的系列举措, 更促进了流量仪表的需求。特别是在城市天然气、煤气、工业用蒸汽及其它各类介质计量和各单位内部成本核算等计量中, 都迫切需要宽量程、高精度、高可靠性的计量仪表。差压式流量计以其技术成熟、结构简单、无可动部件、稳定可靠、适应面宽等优点独居流量计。
        尽管用量巨大, 使用中出现的问题也不少。但在差压式流量计的构成上却一直没有变化。仍然是经典组合, 节流装置加差压变送器, 再配用压力、温度和积算显示仪。可能是因为历史原因, 目前国内外的差压变送器生产厂家和流量仪表的生产厂仍然好象是分
属两个不同的领域。没有将节流装置及差压变送器结合起来考虑改进措施。节流装置近年来也有不少新品种投入使用, 大大提高了节流装置的差压输出的稳定性和对现场直管段的要求。如V 形锥式节流装置、楔形节流装置、威利巴、德尔塔巴、双文丘利管等。差压变送器更是发展迅猛。多种多样智能化的、带现场总线的变送器层出不穷。但是都没有摆脱4~ 20mA 输出对应1个差压量程值的老模式。在这种百家争鸣的局面下, 市场竞争也日益激烈。也出现了一些变送器厂家的误导宣传, 声称配用宽量程的差压变送器就可获得宽的流量测量范围。有些流量计生产厂家也声称自己生产的差压式流量计(配差压变送器) 测量范围达到1.. 30以上。
        如何提高计量精度和拓宽量程, 流量测量应用及研究单位也做了大量工作, 但是到目前为止也没有找到一种比较好的解决办法。下面是比较通用的几种办法:
        ( 1) 采取多台不同量程的差压变送器并联使用, 在大流量差压量程超限或小流量差压量程低由人工开关相应阀门切换使用不同量程的差压变送器。
        ( 2) 将一根计量管分为几根不同内径的计量管进行计量, 由微机控制电动阀门开关相对应流量大小的计量管。这种方式目前在天然气和煤气计量站用得较多。比如将219mm 的计量管分为219、150、100mm 三种计量管的组合, 各管的计量量程互相覆盖, 由微机根据流量大小控制各管的组合。
        ( 3) 采用现有带现场总线通讯协议的智能差压变送器, 通过带现场总线通讯协议的手操器来改变智能差压变送器的4~ 20mA 对应的差压量程的调整。
        以上三种方式中的种由于需人工切换, 在工业现场实现比较困难, 近些年几乎没人使用。第二种多管并联微机切换方式现在用得比较多, 但因为造价高、计量管占地面积大等因素, 一般也只能用于重要场站计量。第三种方式只能适用于同一台差压变送器对于节流件尺寸或流量变化引起的差压上限值的重新设定。也无法实现实时差压量程自适应和扩大流量测量范围。
        受差压变送器和流量积算仪的制约, 用差压变送器和通常的开方积算仪要在超出1.. 4 的测量范围精确计算出流量非常困难, 通常为1..5% ~ 5% 。由于差压式流量计的流量与差压值是平方根关系, 流量测量范围要达到1.. 10, 差压值的测量范围则必须达到1.. 100。受差压变送器输出4~ 20mA 模似信号分辨率的影响, 到目前为止差压式流量计的流量测量范围仍然仅为1.. 4左右。这里我们只分析了差压值这一个因素的影响。还有流出系数的非线性等其它因素也影响着差压式流量计的测量范围及计量精度。
        2.. 解决问题的方法
        差压量程自适应差压式流量计.. 的研制设计思想源于20多年流量仪表研制开发和应用的经验总结。在为重庆燃气集团公司设计制造的几十个天然气站计量记录控制装置的过程中, 几乎在每一个场站都遇到了流量测量范围窄的问题。在无表可选用的情况下, 只能在重点场站采用..分管多台差压变送器组合.. 的方式解决。受此启发, 我们针对差压式流量计存在的关键问题于2000年提出根据流量大小实时调整差压量程的设计思想。同对设计了多个方案进行比较选择。2002年做出了根据流量大小实时调整差压量程的原始样机。
        差压量程自适应差压式流量计.. 用微处理器将差压传感器、压力传感器、温度传感器、流量计算显示有机地结合在一起。相互之间不再用4~ 20mA 标准信号来连接。取而代之的是在微处理器控制下的数字信号进行传递和处理。从根本上解决因使用现有的
差压变送器引起的流量测量范围窄、计算精度不高、安装使用复杂的问题。项目产品主要通过以下过程实现。
        ( 1) 差压信号的自适应处理。在微处理器对差压传感器信号进行调理时, 将传感器输出信号大小、自动增益控制和A /D 转换器量程结合起来进行分段处理。这样在采集差压传感器信号时可以保障小信号有足够的增益放大倍数, 大信号不会超出A /D 转换器量程。保证在送入微处理器A /D 转换时的差压信号幅值在A /D 转换器量程的20% ~ 80% 之间。也就是说不论差压传感器信号在点还是在最小点都能通过自动增益控制在A /D 转换器的量程内。这样就达到了在使用中实时根据流量大小自动调整差压信号放大倍数提高分辨率的目的, 再加上分段线性化处理和温度影响补偿, 就能有效地使用差压传感器在目前技术下不能使用的全部量程范围。将差压测量范围扩大到1.. 400以上。
        ( 2) 抛弃传统变送器的概念, 自适应处理后的差压信号和微处理器控制采集的压力、温度信号采用数字传送, 不再受传统变送器4~ 20mA 电流信号分辨率的限制。
        ( 3) 多参量集成一体后进行温度影响修正。将微处理器控制下的上述多个参量作为一个整体进行高低温数据测试和使用环境温度影响量的修正。使差压传感器、压力传感器、温度传感器和流量计算仪有机地结合为一体, 而不是简单的物理上的组合。达到整机消除温度影响、提高精度的目的。
        ( 4) 在解决多参量数据高精度采集的同时, 建立符合现行标准和检定规程GB /T 2624.. 93、ISO 5167、JJG 1003.. 2005、JJG 640.. 1994要求的全参数补偿流量计算模型。并设计编制了相应的应用软件包。
        3.. 差压量程自适应型差压式流量计构成
        差压量程自适应型差压式流量计由节流装置(如孔板、V 型锥、楔型、均速管、喷嘴等) 和AW.. 2003型智能显示仪组合而成。由于本产品不使用传统的差压变送器, 而采用内含差压传感器、压力传感器、温度传感器和流量积算仪的AW2003型智能显示仪。既可同传统节流装置构成一体式差压量程自适应型差压流量计, 也可通过引压管连接组成分体式结构的差压量程自适应型差压流量计。
        4.. 差压量程自适应型差压式流量计的特点
        ( 1) AW .. 2003型智能显示仪能根据被测流量的大小来自动调整差压传感器输出信号的增益大小, 真正达到了1.. 20以上的流量测量范围。差压式流量计的这一飞跃是多项技术进步的成果, 它改变着人们对差压式流量计的传统认识。
        ( 2) AW .. 2003型智能显示仪从根本上解决了差压式流量计流量计算复杂的问题, 是通用型的设计, 具有计算公式选择功能和相关参数设置功能。使用时只需依据节流装置名称及被测介质种类依据使用说明书中的公式选择表格选择置入相应代码即可。仪表自
动完成各种补偿系数和流出系数全部进行在线计算。
        ( 3) AW .. 2003型智能显示仪可以同各种节流装置组合构成差压量程自适应型差压式流量计。有两线制4~ 20mA (流量信号) 输出型, RS485输出型, 电池供电型(带温压补偿, 使用1年以上) 等系列产品。
        ( 4) 在采用上述两项技术的同时, 将差压、压力、温度、流量计算处理和微处理器等多个参量集成为一体进行温度影响的补偿, 消除了单参量温度补偿带来的多参量综合误差。
        5.. 使用效果
        差压量程自适应型差压式流量计通过近三年时间的推广应用, 其长期使用的准确性、稳定性和可靠性已在天然气、煤气、饱合蒸汽、过热蒸汽、氨气、压缩空气、石油液化气、渣油、重油、污水等介质的使用测量中得到了证实。特别是AW.. 2003型智能显示仪与孔板、V 锥、楔型这三种节流装置组成的一体化差压量程自适应流量计, 无论是测量范围、测量介质适用种类、长期使用的可靠性、稳定性上都已超过了涡街、旋进旋涡、金属转子、涡轮等流量计, 深受用户好评。