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智能渦街流量計的特點及功能
關鍵字：流量計,渦街流量計 日期：2012-8-8 8:58:55
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在前面已介紹了卡曼渦街的形成與分離、渦街信號的檢測、放大、濾波與整形，輸出頻率與狀態體積流量成正比的
方波信號，或經轉換輸出電流值與流量成正比的4~ 20mA模擬信號等內容，這些都屬于一次儀表的范疇。
把一次表輸出的脈沖信號或模擬信號進行處理運算，獲得瞬時流量和一段時間內的總量，并顯示或再發送，這是流量計
算顯示儀的主要任務。
隨著微電子技術、信息處理技術和通訊技術的發展，單片機的應用，給儀表帶來巨大的變化，一次儀表與積算顯示儀已
融合成一體，向著一體化、智能化方向發展。
20世紀80年代后期，國外各大儀表公司，在常規型渦街流量計的基礎上，陸續推出一批智能型渦街流量計，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、日本橫河公司的YEWFLO -E型和DY
型渦街流量計就是其中的代表。本章將對智能型渦街流量計作專門介紹。
第一節 特點與功能
一、特 點
1．一體化結構
常規型渦街流量計實際上是一種組合式流量儀表。它把渦街流量傳感器與流量顯示儀，或把渦街流量變送器與流量顯示
儀表組合在一起，進行流量測量與顯示。對于氣體或蒸汽流量測量還增加了壓力變送器、溫度變送器，采用多臺儀表的組合才能實現流量測量，如圖所示。這種組合式渦街流量計測
量系統成套性差，裝表費用高，安裝和維護工作量也較大，給用戶造成不便。
圖組合式渦街流量計
智能型渦街流量計具有一體化結構，它的基本形式有以下
幾種：
(1)渦街流量傳感器+流量顯示計算單元；
(2)渦街流量傳感器+壓力（或溫度）傳感器+流量顯示計
算單元；
(3)渦街流量傳感器+壓力傳感器+溫度傳感器+流量顯
示計算單元；
(4)渦街流量傳感器+壓力傳感器+溫度傳感器+流量顯
示計算單元+通信單元。
這種一體化結構，使一臺渦街流量計集流量、壓力、溫度
檢測、流量計算、補償、顯示和通信單元于一體，一臺儀表具
有多臺儀表的功能。
2．多參數測量
一臺渦街流量計不僅測量流量，還可以測量流體的溫度、壓力。有了流體的溫度和壓力等變量就可推算出與流體溫度、
壓力有關的狀態參數，例如流體的密度、粘度、壓縮系數等其他參數。
3．信號處理和功能的智能化
在多參數測量的基礎上，發揮微處理器的作用。在信號處理和儀表功能方面完成流量顯示儀所能實現的各種功能，實現
渦街流量計的智能化。
4．提高了測量精確度、范圍度
由于智能型渦街流量計具有流量特性補償功能，它可對影響流量測量精確度的諸因素進行全面補償，從而提高了儀表的
精確度和范圍度。例如常規型渦街流量計的精確度為±(1%一1.5％)，而智能型渦街流量計則可達到±(0.50/0~1％)；常規
型渦街流量計的下限流速中液體為0.5m/s，氣體為5m/s，智能型則可達到液體0.3m/s，氣體3m/s。
5．微功耗電子器件的應用和靈活的供電方式
智能型渦街流量計采用微功耗電子器件，整機耗電量微小。所以，供電方式靈活。它可以采用標準24V供電，用于分散控
制系統(DCS)和現場總線控制系統(FCS)；也可單獨作流量測量儀表，用3.6V鋰電池供電，且連續運行一年以上。
6．專用芯片的應用
在儀表的一些重要環節（如信號處理）設計專用芯片和模塊化軟件，強化了儀表的性能和功能。
二、功 能
智能型渦街流量計具有多種功能，可以從以下幾個方面作
具體說明。
1．流量計算和補償功能
這是智能型渦街流量計所具有的最基本功能，包括以下幾方面：
(1)根據基本的流量計算公式，完成液體、氣體、飽和蒸氣、過熱蒸氣等介質的 體積流量工作狀態體積流量、標準狀態體積流量、
質量流量的計算，即
qv=3.6f/K (7-1)
質量流量為
qm=3.6pf/K (7-2)
式中 qv-l作狀態下流體的體積流量，m3／}i；
K-渦街流量計的儀表系數，L-1；
gm——流體的質量流量，kg/h；
P-流體的密度，kg /m3
f一旋渦的頻率，Hz。
流體的密度的計算，將在本章第三節中介紹；
(2)雷諾數計算和流動狀態判別；
(3)溫度、壓力補償，密度補償功能；
(4) -般氣體壓縮系數Z的補償；
(5)天然氣超壓縮系數的補償；
(6)低雷諾數區域，儀表系數K的非線性補償；
(7)飽和蒸氣、濕飽和蒸氣、過熱蒸氣的密度計算與補償；
(8)濕氣體干部分的密度計算；
(9)其他有關的補償，如高溫狀態下對渦街流量計測量管徑和發生體寬度變化引起的儀表系數變化的補償，測量管與配
置管徑差異的補償等。
以上功能，各生產廠家的產品不盡相同。有的廠家考慮到儀表的專用性，對不同類型的儀表設置不同的功能。例如，氣
體型渦街流量計僅設置與氣體特性有關的溫度、壓力補償、壓縮系數補償功能；蒸汽型渦街流量計則設置與蒸汽測量有關的
功能。
2．小信號切除功能
小信號切除是為了消除儀表的零點不穩定性，模擬信號在轉換和處理中的零點漂移所帶來的誤差。
當流體不流動或流速很低時，由于外界的隨機干擾（如測量管被偶然撞擊，流體的偶然被擾動，或電源中的突發干擾）造成
渦街流量計有間斷的脈沖輸出，引起零點變化；或者在流速低于下限流速時，旋渦分離已很不穩定，仍有頻率很低不規則的
脈沖信號輸出。此時，如果濾波率參數調整不合適或整形級的觸發靈敏度較高，都會使渦街流量計有很低頻率的脈沖輸出或
很小的電流輸出，從而導致累積流量的緩慢增大，這種現象對于不連續工作的渦街流量計來說，會帶來一定的總量誤差。
對于渦街流量計來說，需切除的小流量值，是以不影響測量誤差為前提。當經微機運算后，獲得的流量值小于設定的閾
值時，才進行切除。不同的口徑設定的切除閾值是不同的。
3．參數設定和修改功能
應用該項功能設定以下參數與信息：
(1)設置與流量計算有關的參數：儀表系數K、管道內徑、量程的上限、小流量的切除閾值、流體的標準狀態密度、流量
單位、阻尼時間、測量管和發生體材料的膨脹系數等。
(2)渦街流量計的初始化信息：制造廠代碼、產品出廠編號、品種代號、精確度等級、公稱壓力、工作溫度、電源電壓、
防護等級、法蘭材料代號、測量管和發生體材料代號等。
(3)儀表的操作密碼
以上參數的設定，由制造廠在產品出廠前完成。
4．提供非測量信息管理功能
提供以下非管理信息：儀表安裝工位號、描述符、上次標定時間、下次標定日期、標定單位、標定責任人、安裝日
期、維護責任人、維修日期與內容等，這些信息由使用單位寫入儀表。
5．組態功能
(1)就地或遠程設定和調整參數；
(2)選擇被測介質類型和輸出信號形式；
(3)選擇工程單位：
體積流量單位US，m3/h．Nm3/h 質量流量單位kg/h，t/h；
總量單位m3，Nm3，kg，t；
壓力單位Pa，kPa，MPa；
溫度單位℃；
電流單位mA；
頻率單位Hz；
流速單位m/s。
6．信號調理功能
該功能可用于控制調整信號處理參數，包括濾波器校正、小流量切除、觸發電平調整、濾波器恢復等。應用該功能可對
工作于不同流體或流體不同狀態下的信號處理參數進行調整，使信號處理單元工作在最佳狀態。
7．自診斷和報警功能
該功能主要用于檢測儀表的故障，儀表不斷地發出信號監測RAM、EEPROM及數字信號處理單元等。一旦出現故障，儀
表將執行模擬信號報警，并中斷流量信號處理。此時儀表發出一個特定（內部）信息，以確定故障部位，提醒維護人員盡快排
除。如果被認為是輸出回路有問題，流量計能直接給出一個特定的輸出，以便進行回路檢測。
對與輸入信號有關的異常情況（如流量、壓力信號過范圍）或輸入信號中斷及供電電池不足（對電池供電型渦街流量計），
儀表也能經診斷后發出報警信號。報警信號的形式有多種，如：
(1)顯示故障代碼，不同的故障以不同的代碼表示，供用
戶參考；
(2)點亮報警指示燈（在CPU有故障、診斷無法進行時）；
(3)輸出電流報警，如果CPU或EEPROM發生故障，診斷
無法進行，輸出電流為上限值(≥21.6mA)或下限電流指示
(≤3.6InA)。
8．通信功能
現場總線智能型渦街流量計具有遠程通信功能，既可與上位機通信，也可與其他儀表相互通信。這些通信功能應符合現
場總線通信協議，例如HART協議、FF協議等的要求。也可采用常規的通信方式。
9．斷電保護功能
斷電保護功能是智能式渦街流量計必不可少的功能，當供電電源中斷時保護儀表內設定的數據、總量值不丟失，不被修
改，電源接通后儀表可恢復工作。
10．顯示功能
顯示功能也是智能型渦街流量計必不可少的功能，通常采用液晶顯示屏顯示。正常工作時顯示被測量的數值和單位；儀
表發生故障時顯示故障代碼；另外，根據操作者的需要可顯示組態數據、管理信息等。
以上各功能對智能型渦街流量計不一定要求全部具備，而且各生產廠的產品也都各有不同。但流量計算補償功能、參數
設定修改功能、組態功能、自診斷和報警功能、通信功能、、斷電保護功能、顯示功能等則是必須具備的。
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