石化行业罗斯蒙特质量流量计测量原理及应用简析

-12-30来源：中国自动化网 　　　浏览：

摘要：本文主要介绍了罗斯蒙特科氏力质量流量计（CMF）传感器、变送器工作原理，详细介绍了流量计质量流量测量原理和密度测量原理、变送器信号特性、DSP数字信号处理器特性以及应用。关键词：科氏力；HART协议；DSP数字信号处理器；中图分类号：TP.1文献标识码：A文章编号：-X（）04--05前言罗斯蒙特质量流量计广泛应用于石化等领域，是当今世界上最先进流量测量仪表之一，我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等测量中使用可靠，精度高达1.7‰，为我厂能源、物料流量测量提高了准确度，避免了不必要损失，创造了可观经济效益。质量流量测量原理一台质量流量计计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度（F=ma）如图1所示，当质量为m质点以速度V对P轴作角速度ω旋转管道内移动时，质点受两个分量加速度及其力：（1）法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴；（2）切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωV，方向与αr垂直。复合运动，质点αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm，管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。当密度为ρ流体旋转管道中以恒定速度V流动时，任何一段长度Δx管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx（1）式中，A—管道流通截面积。存关系式：mq=ρVA：ΔFc=2ωqmΔx（2），直接或间接测量旋转管中流动流体科里奥利力就可以测质量流量。传感器内是U型流量管（图2），没有流体流经流量管时，流量管由安装流量管端部电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管上下垂直运动。流量管向上振动半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下力；反之，流出流量管流体对流量管施加一个向上力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，振动另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。牛顿第二定律，流量管扭曲量大小完全与流经流量管质量流量大小成正比，安装于流量管两侧电磁信号检测器用于检测流量管振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器检测信号是同相位（图3）；当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，导致两个检测信号产生相位差，这一相位差大小直接正比于流经流量管质量流量。这种质量流量计主要依靠流量管振动来进行流量测量，流量管振动，以及流过管道流体冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管质量流速成正比。一个流管扭曲滞后于另一流管扭曲，质量管上传感器输出信号可电路比较，来确定扭曲量。电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间滞后时间。这个“时间差”ΔT数字量测量、处理、滤波以减少噪声，提高测量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。温度影响流管钢性，科氏力产生扭曲量也将受温度影响。被测量流量不断由变送器调整，后者随时检测粘流管外表上铂电阻温度计输出。变送器用一个三相电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度，放大器输出电压转化成频率，并由计数器数字化后读入微处理器。密度测量原理流量管一端被固定，而另一端是自由。这一结构可看做一重物悬挂弹簧上构成重物/弹簧系统，一旦被施以一运动，这一重物/弹簧系统将它谐振频率上振动，这一谐振频率与重物质量有关。质量流量计流量管是驱动线圈和反馈电路它谐振频率上振动，振动管谐振频率与振动管结构、材料及质量有关。振动管质量由两部分组成：振动管本身质量和振动管中介质质量。每一台传感器生产好后振动管本身质量就确定了，振动管中介质质量是介质密度与振动管体积乘积，而振动管体积对每种口径传感器来说是固定，振动频率直接与密度有相应关系，那么，确定结构和材料传感器，介质密度可以测量流量管谐振频率获。利用流量测量一对信号检测器可获代表谐振频率信号，一个温度传感器信号用于补偿温度变化而引起流量管钢性变化，振动周期测量是测量流量管振动周期和温度获，介质密度测量利用了密度与流量管振动周期线性关系及标准校定常数。科氏质量流量传感器振动管测量密度时，管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置固有频率，由测量管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期时间，测量值经数字滤波，由操作温度导致管道钢性变化，进而引起固有频率变化进行补偿后，用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。四、信号特性罗斯蒙特公司变送器为模块化并带有微处理器功能，配合ASICS数字技术，可选择数字通信协议。它与传感器连接使用可获高精确度质量流量、密度、温度和体积流量信号，并将获信号转换为模拟量、频率等输出信号，还可使用型HART协议通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。五、SP数字信号处理器特性DSP数字信号处理器是一个实时处理信号微处理器，科里奥利流量计里，我们使测量管一个已知频率下振动，任何此振动频率范围之外频率都是“噪声”，需要除掉它们以准确确定质量流量。例如，一个50Hz或60Hz信号很可能来源于与附近动力线耦合。如何实际上“过滤”这些多余信号则需要一些更多那时刻所到背景信息，图8表明了噪声如何出现原转换器信号上，以及被过滤后最终信号。与使用时间常量去阻抑和稳定信号相比，使用数字信号处理（DSP）技术主要好处之一，是能够以一个被提高了采样率去过滤实时信号，减少了流量计对流量阶跃变化响应时间。使用多参数数字（MVD）变送器响应时间比使用模拟信号处理传统变送器快2~4倍，更快响应时间会提高短批量控制效率和精确度。DSP技术另一个颇有价值且更富有挑战性应用实例是气体测量，高速气体流量计会引起较严重噪声。高准Elite系列传感器，与流量信号混杂噪声被减至最校现DSP技术能更好滤波，并进一步减小了质量流量计对噪声敏感度。采用MVD变送器测量气体结果重复性和精确度上都有了显著提高。DSP技术提供了一个“通往处理窗户”，当浏览这个窗户时，首先集中测量管振动频率附近信号上。实际上，有意抛弃了其余信息，很可能正是隐藏这些“无用”数据里信息会铺平通往新诊断技术道路。例如，频谱分析可能会引导我们取夹杂空气或团状流动流体测量上进展，流体测量管内壁附着也是另一个有希望被DSP技术检测到故障，频谱变化也很可能被用于预测传感器故障。六、测量环境影响1、流体压力影响首先考虑流体压力不应超过规定工作压力，其次考虑静压变化影响程度。压力变化影响测量管绷紧程度和布登效应程度，以及破坏测量管不对称原零点偏置。仪表常数变动和零漂很小，使用压力时和校准时相差甚大时，高精确度仪表影响值不能忽视。小口径仪表壁厚管径比大，影响小；大口径仪表壁厚管径比校2、流体密度影响流体密度变化改变流量测量系统质量，使流量传感器平衡发生变化，导致零点偏移。测量某一特定液体，实际使用液体密度条件下调零，使用过程中密度变化不大，一般不存问题。但一根管道上测量密度差别较大几种液体时，会带来零点变动附加误差。3、流体粘度影响罗斯蒙特公司科氏力质量流量计CMF可测量液体粘度范围很宽，并呈现良好测量性能。虽有报告论及粘度影响测量精确度，但很少有试验数据。液体粘度会改变系统阻尼特性，影响零偏置；低流量时对流量测量值有一定程度影响。4、双相流体中异相含量影响制造厂常称含有百分几体积比游离气体影响测量不大。当测量气泡小而分布均匀液体，如冰淇淋和相似乳化液，影响可能是相对。含气泡1%时有些型号无明显影响，有些型号误差为1%～2%，其中一台双管直管式则高达10%～15%；含气泡10%时，误差普遍增加到15%～20%，个别型号高达80%。此外流体压力、流速、粘度和气液混合方式差异，所带来影响一样。测量含有少量固体液体时，各类型CMF都有较高信赖度。当固体含量较多或固体具有强磨蚀性或软固体（如食品汤汁中蔬菜块），应选用单管直管型或串联双管型。如用并联双管型，分流器上有可能粘附异物或磨损导致改变两路分流量，产生误差；更为严重者如一路堵塞可能不被立即发现。5、环境振动影响CMF可以振动环境下工作，但必须与振动隔离，例如与振动管间用柔性管连接和采用隔离振动支撑架。但更应预防振动频率与CMF工作频率或谐波频率相同。同一型号多台仪表串接安装或较接近平行安装，尤其是装同一支撑台架上，各CMF间工作频率振动会相互影响，引起异常振动，严重时会使仪表无法工作。订购时可专门向制造厂提出，错开两串联CMF工作频率。6、管道应力影响若连接流量传感器管道中心未对准（或不平行）或管道温度改变，管道应力会形成压力、拉力、或剪切力作用到CMF测量管间对准，引起检测探头不对称性，导致零点变动。CMF安装好后必须调零以消除或减小这一影响。若管道严重未对准，有可能无法调至零位。管道温度偏离安装时温度，管道产生热膨胀（或收缩）力亦将作用到流量传感器。有些CMF设计测量管进出口各有一个很重分流器，可减小管道应力对测量管影响。直形测量管CMF特别易受热膨胀力影响，必要时可管道装热膨胀隔离管件。七、实际应用1、异相流应用CMF我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等测量中使用可靠，但使用不当可导致计量超差中断计量。原料轻烃测量中，轻烃介质中组分复杂，即含有固体颗粒，又含有气泡，属典型异相流体，使用过程中经常出现故障，变送器显示故障信息是SensorError、DensOverrng、Slugflow即传感器出错、密度超限、团状流，流量计中断计量，解决此问题，我们流量计入口安装了过滤器，用来过滤固体颗粒，又将流量计出口阀门开度限位，以此提高入口压力，用来减少轻烃介质中气泡含量，采取以上措施后流量计投用正常。2、故障信息及处理变送器出现DriveOverrng或InputOverrange即变送器中产生错误输出，流速超出传感器量程，检查变送器和传感器中红色电缆到棕色电缆之间是否开路或短路即传感器驱动线圈开路或短路；检查变送器和传感器中绿色电缆到白色电缆之间开路或短路，即传感器左检测线圈开路或短路。变送器出现SensorError即电缆有问题，检查变送器和传感器中蓝色电缆到灰色电缆之间开路或短路，即传感器检测线圈开路或短路。变送器出现PowerReset表示电源故障、灯光暗淡或电力循环已中断了变送器工作，检查电源系统是否正常。变送器出现ZeroTooHigh或ZeroTooLow表示传感器调零期间流体没有完全终止流动，导致变送器计算出来零点流量偏移太大而不能进行精确流量测量，调零时必须使流体完全终止流动。八、结论质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活流量测量仪表，石油加工、化工等领域将到更加广泛应用，相信将推动流量测量上显示出巨大潜力。

赞赏

长按







































北京看白癜风效果好专科
北京治疗白癜风较好的医院是哪家