LUGB-100智能涡街流量计的特点及功能

在前面已介绍了卡曼涡街的形成与分离、涡街信号的检测、放大、滤波与整形，输出频率与状态体积流量成正比的

方波信号，或经转换输出电流值与流量成正比的4~ 20mA模拟信号等内容，这些都属于一次仪表的范畴。

    把一次表输出的脉冲信号或模拟信号进行处理运算，获得瞬时流量和一段时间内的总量，并显示或再发送，这是流量计

算显示仪的主要任务。

    随着微电子技术、信息处理技术和通讯技术的发展，单片机的应用，给仪表带来巨大的变化，一次仪表与积算显示仪已

融合成一体，向着一体化、智能化方向发展。

    20世纪80年代后期，国外各大仪表公司，在常规型涡街流量计的基础上，陆续推出一批智能型涡街流量计，其中Foxboro

公司的E83 I/A系列，Rosemount公司的8800系列，Fischer&poIter公司的Vortex 4型、日本横河公司的YEWFLO -E型和DY

型涡街流量计就是其中的代表。本章将对智能型涡街流量计作专门介绍。

一节  特点与功能

    一、特  点

  1．一体化结构

  常规型涡街流量计实际上是一种组合式流量仪表。它把涡街流量传感器与流量显示仪，或把涡街流量变送器与流量显示

仪表组合在一起，进行流量测量与显示。对于气体或蒸汽流量测量还增加了压力变送器、温度变送器，采用多台仪表的组合才能实现流量测量，如图所示。这种组合式涡街流量计测

量系统成套性差，装表费用高，安装和维护工作量也较大，给用户造成不便。

智能型涡街流量计具有一体化结构，它的基本形式有以下

几种：

    (1)涡街流量传感器+流量显示计算单元；

    (2)涡街流量传感器+压力（或温度）传感器+流量显示计

算单元；

    (3)涡街流量传感器+压力传感器+温度传感器+流量显

示计算单元；

    (4)涡街流量传感器+压力传感器+温度传感器+流量显

示计算单元+通信单元。

    这种一体化结构，使一台涡街流量计集流量、压力、温度

检测、流量计算、补偿、显示和通信单元于一体，一台仪表具

有多台仪表的功能。

  2．多参数测量

  一台涡街流量计不仅测量流量，还可以测量流体的温度、压力。有了流体的温度和压力等变量就可推算出与流体温度、

压力有关的状态参数，例如流体的密度、粘度、压缩系数等其他参数。 

   3．信号处理和功能的智能化

    在多参数测量的基础上，发挥微处理器的作用。在信号处理和仪表功能方面完成流量显示仪所能实现的各种功能，实现

涡街流量计的智能化。

    4．提高了测量精确度、范围度

    由于智能型涡街流量计具有流量特性补偿功能，它可对影响流量测量精确度的诸因素进行全面补偿，从而提高了仪表的

精确度和范围度。例如常规型涡街流量计的精确度为±(1%一1.5％)，而智能型涡街流量计则可达到±(0.50/0~1％)；常规

型涡街流量计的下限流速中液体为0.5m/s，气体为5m/s，智能型则可达到液体0.3m/s，气体3m/s。

    5．微功耗电子器件的应用和灵活的供电方式

    智能型涡街流量计采用微功耗电子器件，整机耗电量微小。所以，供电方式灵活。它可以采用标准24V供电，用于分散控

制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)；也可单独作流量测量仪表，用3.6V锂电池供电，且连续运行一年以上。

    6．专用芯片的应用

    在仪表的一些重要环节（如信号处理）设计专用芯片和模块化软件，强化了仪表的性能和功能。

    二、功  能

    智能型涡街流量计具有多种功能，可以从以下几个方面作

具体说明。

    1．流量计算和补偿功能

    这是智能型涡街流量计所具有的最基本功能，包括以下几方面：

    (1)根据基本的流量计算公式，完成液体、气体、饱和蒸气、过热蒸气等介质的 体积流量工作状态体积流量、标准状态体积流量、

质量流量的计算，即

    qv=3.6f/K    (7-1)

    质量流量为

    qm=3.6pf/K    (7-2)

式中  qv-l作状态下流体的体积流量，m3／}i；

    K-涡街流量计的仪表系数，L-1；

    gm——流体的质量流量，kg/h；

    P-流体的密度，kg /m3

    f一旋涡的频率，Hz。

    流体的密度的计算，将在本章第三节中介绍；

    (2)雷诺数计算和流动状态判别；

    (3)温度、压力补偿，密度补偿功能；

    (4) -般气体压缩系数Z的补偿；

    (5)天然气超压缩系数的补偿；

    (6)低雷诺数区域，仪表系数K的非线性补偿；

    (7)饱和蒸气、湿饱和蒸气、过热蒸气的密度计算与补偿；

    (8)湿气体干部分的密度计算；

    (9)其他有关的补偿，如高温状态下对涡街流量计测量管径和发生体宽度变化引起的仪表系数变化的补偿，测量管与配

置管径差异的补偿等。

    以上功能，各生产厂家的产品不尽相同。有的厂家考虑到仪表的专用性，对不同类型的仪表设置不同的功能。例如，气

体型涡街流量计仅设置与气体特性有关的温度、压力补偿、压缩系数补偿功能；蒸汽型涡街流量计则设置与蒸汽测量有关的

功能。

    2．小信号切除功能

    小信号切除是为了消除仪表的零点不稳定性，模拟信号在转换和处理中的零点漂移所带来的误差。

    当流体不流动或流速很低时，由于外界的随机干扰（如测量管被偶然撞击，流体的偶然被扰动，或电源中的突发干扰）造成

涡街流量计有间断的脉冲输出，引起零点变化；或者在流速低于下限流速时，旋涡分离已很不稳定，仍有频率很低不规则的

脉冲信号输出。此时，如果滤波率参数调整不合适或整形级的触发灵敏度较高，都会使涡街流量计有很低频率的脉冲输出或

很小的电流输出，从而导致累积流量的缓慢增大，这种现象对于不连续工作的涡街流量计来说，会带来一定的总量误差。

    对于涡街流量计来说，需切除的小流量值，是以不影响测量误差为前提。当经微机运算后，获得的流量值小于设定的阈

值时，才进行切除。不同的口径设定的切除阈值是不同的。

  3．参数设定和修改功能

  应用该项功能设定以下参数与信息：

  (1)设置与流量计算有关的参数：仪表系数K、管道内径、量程的上限、小流量的切除阈值、流体的标准状态密度、流量

单位、阻尼时间、测量管和发生体材料的膨胀系数等。

    (2)涡街流量计的初始化信息：制造厂代码、产品出厂编号、品种代号、精确度等级、公称压力、工作温度、电源电压、

防护等级、法兰材料代号、测量管和发生体材料代号等。

    (3)仪表的操作密码

    以上参数的设定，由制造厂在产品出厂前完成。

    4．提供非测量信息管理功能

    提供以下非管理信息：仪表安装工位号、描述符、上次标定时间、下次标定日期、标定单位、标定责任人、安装日

期、维护责任人、维修日期与内容等，这些信息由使用单位写入仪表。

  5．组态功能

  (1)就地或远程设定和调整参数；

  (2)选择被测介质类型和输出信号形式；

  (3)选择工程单位：

  体积流量单位US，m3/h．Nm3/h   质量流量单位kg/h，t/h；

    总量单位m3，Nm3，kg，t；

    压力单位Pa，kPa，MPa；

    温度单位℃；

    电流单位mA；

    频率单位Hz；

    流速单位m/s。

    6．信号调理功能

    该功能可用于控制调整信号处理参数，包括滤波器校正、小流量切除、触发电平调整、滤波器恢复等。应用该功能可对

工作于不同流体或流体不同状态下的信号处理参数进行调整，使信号处理单元工作在佳状态。

  7．自诊断和报警功能

  该功能主要用于检测仪表的故障，仪表不断地发出信号监测RAM、EEPROM及数字信号处理单元等。一旦出现故障，仪

表将执行模拟信号报警，并中断流量信号处理。此时仪表发出一个特定（内部）信息，以确定故障部位，提醒维护人员尽快排

除。如果被认为是输出回路有问题，流量计能直接给出一个特定的输出，以便进行回路检测。

    对与输入信号有关的异常情况（如流量、压力信号过范围）或输入信号中断及供电电池不足（对电池供电型涡街流量计），

仪表也能经诊断后发出报警信号。报警信号的形式有多种，如：

    (1)显示故障代码，不同的故障以不同的代码表示，供用

户参考；

    (2)点亮报警指示灯（在CPU有故障、诊断无法进行时）；

    (3)输出电流报警，如果CPU或EEPROM发生故障，诊断

无法进行，输出电流为上限值(≥21.6mA)或下限电流指示

(≤3.6InA)。

  8．通信功能

  现场总线智能型涡街流量计具有远程通信功能，既可与上位机通信，也可与其他仪表相互通信。这些通信功能应符合现

场总线通信协议，例如HART协议、FF协议等的要求。也可采用常规的通信方式。

    9．断电保护功能

    断电保护功能是智能式涡街流量计的功能，当供电电源中断时保护仪表内设定的数据、总量值不丢失，不被修

改，电源接通后仪表可恢复工作。

    10．显示功能

    显示功能也是智能型涡街流量计的功能，通常采用液晶显示屏显示。正常工作时显示被测量的数值和单位；仪

表发生故障时显示故障代码；另外，根据操作者的需要可显示组态数据、管理信息等。

    以上各功能对智能型涡街流量计不一定要求全部具备，而且各生产厂的产品也都各有不同。但流量计算补偿功能、参数

设定修改功能、组态功能、自诊断和报警功能、通信功能、、断电保护功能、显示功能等则是必须具备的。