质量流量计原理及组态应用.ppt

1、质量流量计原理及组态应用,DCS,275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 1、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行变换、放大，并输出与流量和密度成比例的420或频率/脉冲信号。 3、显示器：即DCS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,schlumberger,E+H,schlumberger,KROHNE,EMERSON,EMERSON,科里奥利力质量流量计的工作原理,当一根管子绕着原点旋转时，

2、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 质点被赋于能量，随之而产生的反作用 Fc 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，也就是说质点的能量被 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。 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。,Fc,Fc,其计算公式为： Fc2 式中： Fc科里奥利力，N 角速度，1 流体在旋转管道中的径向速度， 运动体的质量， 若流体的密度为，则任何一段管道上的切向科里奥利力为： Fc

3、A 2 式中：A 管道截面积，由于A ，于是 Fc 2 ,科里奥利质量流量计的工作原理,由上式可知，只要测出了科里奥利力 Fc ，就可获得质量流量。 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。,科里奥利质量流量计的工作原理,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

4、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。,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左右检测线圈的信号之间的滞后时间。这个“时间差”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，入口处的分流管把流入的介质均等地一分为二，

5、送到两根测量管中，这样保证了100%的介质流经测量管 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。当测量管中有流量时，产生如图所示的科里奥利现象。,U形管质量流量计的工作原理,内部结构,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和出口检测线圈。由于相对振动，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度。通过监测该交流信号，我们可判断测量管的运行状态。,Time,mV,低流量,Time,mV,高流量,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位的。当有流量的时

6、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，而且其相位差 T 与流量的大小成正比关系。这样，可以利用 T 作为质量流量的标定系数，即可以用T 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,密度测量原理,按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率成反比。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，其振动频率就越小。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，可以得到密度与频率之间的线性关系。然后通过振动频率换算到密度,密度测量原理,变送器密度计算,1、直管式：优点是测量

7、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厚，振动频率可以降低；缺点是加工复杂，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。,各种类型的的优点和缺点,例：D型传感器结构,质量流量计应用,直接测量的变量 质量流量 密度 温度 间接测量的变量 体积流量 总量,科氏流量计的多参测量,科氏力质量

8、流量计的优点,不受介质特性变化的影响。 没有可动的机械部件。 管道内无障碍物。 可测多参数。 对流速分布不敏感，因而无上下直管段要求。 可测流体范围广。 测量精度高。,质量流量计的应用,科氏力质量流量计的缺点,零点不稳定易漂移。 压损大。 对外界振动干扰较为敏感。 不能用于测量低密度介质和液体中含有一定量的气体。 不能用于大口径，目前局限于150以下。 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） 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= 0.1

9、45% 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,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发生共振； 应做支撑，不能用传感器来支撑管道； 应尽量设置旁路； 传感器应安装在阀的上游； 安装地点不能有大的磁场干扰源； 安装方向问题、直管段问题； 为了防止受潮，各接线盒完全密封； 为了避免可能电子干扰，传感器电缆、电源、输出电缆必须分开。,传感器安装注意事项,避免管道应力和扭曲； 安装地点不能有大的振动源； 安装地点不能有大的磁场干扰源； 传感器和变送器的电缆连接

10、限制。,变送器,变送器RFT9739是模块化并带有微处理器功能的电子装置，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为模拟量、频率等输出信号，还可使用275型HART通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。,RFT9739的主要技术参数,4 20mA模拟量输出，可表示质量或体积流量、密度、温度、事件1和事件2，频率/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；独立于模拟量可输出015V方波，频率为110000Hz，脉冲宽度在低频可调；控制输出可表示流向、故障和过

11、程零点；数字输出的开关，可选择Bell 202或RS-485串行标准，与HART协议兼容；电源为85250V AC、50Hz或1230V DC；环境温度为30+55，密度测量范围为05g/cc(05000kg/L)；测温量程为240+450，安全等级为UL、CSA。附加输出有API密度输出、密度变化抑制、阻尼及出错显示。,RFT9739的输出,模拟信号(4-20mA), 可组态成质量流量/体积流量/密度/温度 频率/脉冲信号, 可组态成质量流量/体积流量 数字通讯信号 逻辑电平信号,现场安装型 RFT9739, 分解图 (Ver. 3),外壳,电子模块盖,模块组件,本安接地,本安接线端,电源接

12、线端,电缆导管,外部接地d,操作面板,Bell 202接线端,非本安接线端,隔板,电源板,非本安接地,外壳基座,电缆口和接线端,17-18: 第一路模拟输出, 叠加HART信号 19-20: 第二路模拟输出 15-16: 频率输出 26-27: RS485通讯输出 P-S: 压力补偿,常用端子,操作面板, Ver 3,自诊断 LED,调零按钮,组态开关,面板开关,诊断LED表示的意义,流量计的启动,1、变送器先通电预热（30分钟） 2、启动流体运行，直至传感器温度等于流体的操作温度； 3、切断下游阀，并确保没有泄漏； 4、保证流体滿管。 5、流量计调零,调零方法,按下ZERO调零按钮不放，至少

13、保持10秒或LED灯持续点亮。 用HART手操器发出调零命令。 用闭合一次外部触点（1621端子），至少保持10秒。,手操器接入,手操器接入端,手操器开机画面,一般组态内容,传感器特性化 组态设备变量 组态输出 频率输出,“sensor selection” - 4,1,1 根据配套传感器(直管/弯管)进行选择, 会影响标定系数的形式 “flow cal.” - 4,1,2,1 8位数, 带两个小数点(如4.55234.75), 在传感器铭牌上 “density” - 4,1,3 分为K1, D1, K2, D2和TC, 在传感器铭牌上 “meter factor” - 4,1,5 出厂设置为

14、1, 可根据要求调节,传感器特性化,典型传感器铭牌,组态设备变量,“mass flow unit” - 4,2,1,1 根据用户要求选择标准质量流量单位 “mass flow cutoff” - 4,2,1,2 切除零点误差, 但是最大不能超过满量程的千分之五 “flow direction” - 4,2,1,7 不同的设置会影响累计量和输出(见下页),流向设置的影响,由频率(freq factor)和瞬时流量(rate factor)的关系推导脉冲当量 例: 10000Hz=120000kg/h 10000pulse/s=120000kg/3600s 300pulse=1kg 脉冲当量为 0

15、.0033kg/pulse,频率输出组态,组态输出,“PV is/range values” - 4,3,1,1/2 组态模拟输出代表什么变量及其量程, 如为1700则只能代表流量 “TV is/FO scaling” - 4,3,2,1/3 组态频率输出代表什么变量(质量/体积流量), 及其量程(见下页例子) “poll addr” - 4,3,3,1 组态变送器地址, 如不联网则为0,频率输出组态,由频率和瞬时流量的关系推导脉冲当量 例: 10000Hz=120000kg/h 10000pulse/s=120000kg/3600s 300pulse=1kg 脉冲当量为 0.0033kg/p

16、ulse,4,故障排除,故障排除的基本步骤: - 检查接线的正确与否 - 利用查错工具, 包括自诊断LED, 诊断信息和出错输出值 故障排除的基本准则: - 熟悉传感器和变送器手册 - 如果可能, 将传感器从现场取出, 因为大多数问题是由现场原因引起 - 在无流量和有流量的两种状态下检查信号,查错工具 - 自诊断LED,自诊断 LED,4,查错工具 - 自诊断LED,自诊断 LED,OFF,4,查错工具 - 出错输出,下限报警: - 模拟输出固定在0/2mA, - 频率输出固定在0Hz 上限报警: - 模拟输出固定在22mA, - 频率输出固定在15,000Hz,4,查错工具 - 诊断信息,可

17、通过下列界面获得诊断信息: - HART手操器, - Prolink/AMS软件 - 显示窗口,4,诊断信息,变送器出错信息: 信息状态纠正措施 Xmtr Failed变送器硬件出错返修 (E)EPROM errorEPROM出错返修 RAM errorRAM诊断出错返修 RTI Error实时中断出错返修,4,诊断信息,超限和传感器出错信息: 信息其它现象原因纠正措施 Drive/Input Overrng- 变送器产生出错输出- 流量超出传感器范围- 使介质充满传感器 - 在变送器端, DMM显示- 接线错误- 降低流量在范围内 红线和棕线间开路或短路- 传感器内驱动线圈开路或短路- 监视

18、流量 - 在传感器端, DMM显示- 如果在传感器端开路/短路 红线和棕线间开路或短路 则返修 - 变送器产生出错输出- 流量超出传感器范围 - 在变送器端, DMM显示- 检测线圈的信号（电压）低 绿线和白线间开路或短路- 传感器内左检测线圈开路或短路 - 在传感器端, DMM显示 绿线和白线间开路或短路,4,诊断信息,超限和传感器出错信息: 信息其它现象原因纠正措施 Sensor Error- 变送器产生出错输出 - 接线错误 - 如果在传感器端开路/短路 - 在变送器端, DMM显示 - 传感器内右检测线圈开路或短路 则返修 蓝线和灰线间开路或短路 - 在传感器端, DMM显示 蓝线和灰

19、线间开路或短路 - 变送器产生出错输出- 传感器接线盒内有水汽- 更换接线密封套管 - 更换电缆 - 返修,4,诊断信息,超限和传感器出错信息: 信息其它现象原因纠正措施 Drive/Dens Overrng- 变送器产生出错输出- 密度标定系数不匹配- 进行密度标定 - 介质密度大于5.0000g/cc- 输入正确的系数 - 由于气团或固体引起振动不平衡- 监视密度 - 流量管堵塞,测量管内“挂壁”。- 使密度恢复到传感器限制 内 - 用蒸汽或水吹扫 Temp Overrng- 变送器产生出错输出- 温度超出传感器范围 - 降低温度在范围内 - 在变送器端, DMM显示- 接线错误 - 监视

20、温度 黄线和桔线间开路或短路- 补偿端开路或短路 - 如果在传感器端开路/短路 - 在传感器端, DMM显示 则返修 黄线和桔线间开路或短路,4,诊断信息,超限和传感器出错信息: 信息其它现象原因纠正措施 Temp Overrng- 变送器产生出错输出- 温度超出传感器范围 - 降低温度在范围内 - 在变送器端, DMM显示- 接线错误 - 监视温度 黄线和桔线间开路或短路- 补偿端开路或短路 - 如果在传感器端开路/短 路 - 在传感器端, DMM显示 则返修 黄线和桔线间开路或短路 - 变送器产生出错输出 - 接线错误 - 在变送器端, DMM显示 - 传感器内RTD开路或短路 黄线和紫线

21、间开路或短路 - 在传感器端, DMM显示 黄线和紫线间开路或短路,4,诊断信息,团流和输出饱和信息: 信息状态纠正措施 Slug Flow- 气团使过程密度低于团流下限- 监视密度 - 固体使过程密度高于团流上限- 输入新的团流限制 - 输入新的团流时间 Freq saturated- 15和16端的达到15kHz- 改变流量单位 - 重新定标频率/脉冲输出 - 降低流量 mA 1 saturated- 17和18端的达到22mA- 改变20mA所对应的值 mA 2 saturated- 19和20端的达到22mA,4,诊断信息,指导信息: 信息状态纠正措施 Zero Too Noisy-

22、在自动调零时机械干扰太高- 消除机械干扰, 重新调零 Zero Too High/Low- 在自动调零时流量没有完全关闭- 完全关闭流量, 重新调零 mA 1 Fixed- 17和18端的测试或修正未结束- 结束修正或 测试 - 变送器被编址- 将地址改为0 mA 2 Fixed- 19和20端的测试或修正未结束- 结束修正或 测试,诊断信息,4,查错工具 - 阻值和信号幅值,可通过下列步骤测量传感器各线圈阻值和信号幅值: - 断电, - 将接线端从变送器电子单元上拔下 - 用DMM检查接线端上电缆对(驱动线圈1-2, 左检测线圈5-9, 右检测线圈6-8, RTD3-7) - 如果所测电阻偏

23、离标准, 则在传感器端测量 - 重新接上接线端和电源 - 用DMM测量各信号幅值 - 阻值和信号幅值的标准见操作手册69页,零点漂移原因,管端固定应力的影响； 振动管刚度的变化； 双管谐振频率不一致； 管壁材料的内衰减； 流体的密度粘度变化。 变送器9739电路输出前置放大板漂移。,零点漂移故障分析和对策,故障分析方法,工作中常见故障分析方法,KROHNE（科隆）质量流量计,MFS7000,常用MFS1000（S系列）传感器,其特点：a.测量管采用流量大横截面管，弯曲半径大，保证了测量时压力损失最小；b.由于双测量管，因而对外来的震动干扰不敏感，抗干扰性强； c.由于双测量管是由单管串联而成，不用分流，流量绝对相等，因而零点稳定； d.测量管管壁可做以得较厚；e.振荡频率低，仅100HZ左右。,一般安装,传感器可被安装在任何位置，当然如果是垂直安装传感器，应考虑有利于自排空并使气泡排出。,不能安装在管线的最高位置，安装在管线上的最高位置会导致气泡聚集和滞留；在测量系统中引起测量误差。,管道落差较大时应该避免采用长度较