对涡街流量计范文

对涡街流量计范文（精选7篇）

对涡街流量计 第1篇

气体涡街流量计是工业企业生产中常见的计量器具, 主要用于工业管道介质流体的流量测量。其具有压力损失小, 量程范围大, 精度高, 仪表参数能长期稳定等特点。涡街流量计在使用时, 必须知道其仪表k系数, 而k系数是流量计在流量标准装置上经过测量得到的。我们经常遇到这样的问题, 同一台流量计在不同检定机构处、甚至在同一机构由不同人员进行测量, 得到的k系数差异较大, 使用户产生较大疑问。针对这一现象, 利用本所现有的标准表法气体流量标准装置, 仅就涡街流量计在安装过程中最容易产生的管表对中差异情况造成的同轴度偏差, 分析其对k系数检定结果的影响。

1 标准装置和被测流量计

1.1 标准装置

标准表法气流量流量标准装置, 可检定口径为DN50~DN150、流量范围 (8~4200) m3/h的涡街、涡轮、罗茨、腰轮等各类气体流量计, 准确度等级为0.25级, 有限期至2013年1月。

1.2 被测流量计

北京菲波安乐仪表有限公司生产的10VMEAA03A080C1A1型DN80口径的涡街流量计, 编号1204251, 准确度等级为1.5级, 脉冲输出。用于蒸汽流量计量的贸易结算, 属强制检定计量器具。

2 测量数据

2.1 出厂检定数据

该仪表送至我所检定时附有出厂检定数据, 厂家已按照JJG1029-2007《涡街流量计检定规程》 (以下简称《规程》) 的要求, 选取qmin、qt (即0.2qmax) 、0.4qmax、qmax四个流量点使用标准表法气体流量标准装置进行了出厂检定, 数据见表1。

2.2 本所实验室检定情况

2.2.1 使用旧管路

在本所实验室首次进行检定时, 使用的是一组旧管路, 检定数据见表2。

大家可以发现, 本次检定结果与出厂平均k系数相比, 相对误差竟然达到了+6.39%, 但是仪表线性度和重复性仅为±0.325%和0.236%, 符合《规程》规定的1.5级要求, 根据涡街流量计的测量原理, 系数的变化会对仪表的计量准确程度产生极大地影响, 必须从中找出原因。略一分析, 仪表口径为DN80, 而在本次检定使用的管路实际口径为77mm, 管表交界处情况如图1。我们可以发现, 流量计的传感器通路外圆几乎被完全遮盖, 并且管表通路同轴情况也不甚理想, 这些都导致了管路截面积的减小, 有可能是k系数增大的原因。我们将仪表与原厂法兰连接后, 仍将DN77管路安装于本所标准装置上再做试验, 这样基本可以保证仪表与管路的同轴度水平符合要求, 检定数据见表3。

仪表线性度和重复性仍然符合《规程》规定的1.5级要求, 而仪表平均系数与出厂检定时相比相对误差仍有+5.61%, 与前次相比有一定的改善, 但3mm的管径偏差显然不是仅仅改进了管表对中同轴度就能消除的。

2.2.2 使用新管路

我们重新定制了一组新管路重新进行试验, 该组管路的实际口径为80mm, 与仪表基本一致, 检定结果见表4。

本次检定数据与前两次相比有明显好转, 但与出厂检定平均系数相比仍有较大差距, 相对误差达到+1.94%, 仍会对贸易结算产生较大的差错。我们继续查找原因, 发现虽然管路与仪表口径基本一致, 但是管表结合处并未能完全对中贴合, 同轴度不够理想, 实际情况可见图2, 仪表传感器通路外圆有被管道壁遮盖情况, 这一遮盖等于人为减小了管路的横截面积, 极有可能是造成仪表平均系数偏大的主要原因。我们重新进行对中校正工作, 将管表对中做到如图3所示, 与图2相比较, 涡街流量计传感器通路外圆完全露出, 整个通路没有被管道壁遮盖情况, 再次进行试验, 数据如表5。

此次检定数据中的平均k系数为2373.24/m3, 与出厂检定相比相对误差仅为+0.65%, 供需双方均对此表示较为满意。

3 结束语

通过以上4次试验数据与仪表出厂的比较, 今后我们在使用标准表法气流量标准装置对气体涡街流量计进行检定时, 除了要保证仪表安装到位, 与管道连接处贴合无泄漏外, 还要考虑到仪表传感器通路与管路的同轴度, 尽可能地做到如图3示意的同轴度。

摘要：选取一台用于蒸汽流量贸易结算用涡街流量计, 利用常用的标准表法气体流量标准装置作为计量标准进行实验标定, 研究在多种仪表和管路对中同轴质量情况下, 对仪表k系数、重复性、仪表线性度等关键参数检定结果的影响, 以引起涡街流量计使用者对仪表安装质量的重视。

关键词：计量检定,贸易结算,涡街流量计,管表对中,k系数

参考文献

[1]JJG1029-2007, 涡街流量计检定规程[S].北京:国家质量监督检验检疫总局, 2007.

[2]陈梅等.涡街流量计在不同的空气流量标准装置上测量结果的比较[J].计量技术, 2008 (8) .

涡街流量计流量测量自动补偿系统 第2篇

1 涡街流量计的测量原理

在流体的流动方向上放置一个非流线型的物体旋涡发生体,当流体以足够大的流速流过发生体后,上下交替产生正比于流速的两列旋涡,旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关,其表达式为:

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式中 f旋涡的释放频率,Hz;

ν 流过旋涡发生体的流体平均速度,m/s;

d 旋涡发生体特征宽度,m;

St 斯特罗哈数,当雷诺数Re在102～105范围时,St为常量。

当旋涡在发生体两侧产生时,利用压电传感器测出与流体流向垂直的交变升力变化,将升力的变化转换为电的频率信号,再将频率信号进行放大和整形,得到与流体平均速度成正比的电信号,输出到相应的仪表即可进行流量显示、累积。

2 流量自动补偿系统

涡街流量计属于速度式流量计,其输出信号与管道中流过的流体体积流量成正比,通过适当的补偿公式可计算出流体的准确体积流量和质量流量。

2.1 水蒸汽自动补偿系统

对于饱和蒸汽,其密度只与压力有关,它们之间的对应关系为:

ρ= Ap + B (1)

式中 p 饱和蒸汽的绝对压力,MPa;

A、B 待定系数。

在不同的压力范围内,系数A、B的值见表1。

对于过热蒸汽,其密度和温度、压力均有关,它们之间的关系表示为:

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式中 p过热蒸汽的绝对压力, MPa;

T 过热蒸汽的温度,℃;

A,B,C 待定系数,在一定的温度、压力范围内均为常数。

涡街流量计的测量值,即为实际工况下被测蒸汽的体积流量Q。该值主要用来计算被测蒸汽的质量流量:

M = ρQ (3)

式中 M质量流量,kg/h ;

ρ 实际工况下蒸汽密度, kg/m3;

Q 涡街流量计测得的蒸汽体积流量, m3/h。

饱和蒸汽流量设计工况为温度165℃,压力0.7MPa(绝压),密度ρ设=3.666kg/m3,正常流量为8 000kg/h。则其实际压力波动范围0.65～0.75MPa。该饱和蒸汽流量测量压力自动补偿系统原理如图1所示,ECS-100型DCS图形化组态如图2所示。

计算流量计量程上限Qmax时,将有关参数代入式(3)得:

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过热蒸汽流量设计工况为温度260℃,压力0.7MPa(绝压),密度ρ设=2.912kg/m3,正常流量8 000kg/h。则其实际压力波动范围为0.40～0.85MPa,温度波动范围220～320℃。该过热蒸汽流量测量温度、压力自动补偿系统的原理如图3所示,ECS-100型DCS图形化组态如图4所示。

将有关参数代入式(3),得到流量计量程上限Qmax:

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2.2 气体自动补偿系统

因气体介质的特殊性,其体积流量可分为实际工况下的体积流量(m3/h)和标准状态下(或标定状况下)的体积流量(Nm3/h或m3/h)。

涡街流量计的测量值,即为实际工况下气体的体积流量。因实际工况会偏离设计工况,此测量值不能如实反应被测气体的量,通常要借助于理想气体的状态方程将其换算成标准状态下的体积流量,即:

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式(4)是将实测体积流量转换成标准状态下的体积流量。如要转换成标定状态下的体积流量,可将式中的T0用T20替代,其值为293.15K;Q0用Q20替代,其单位为m3/h。

查得标准状态下气体的密度,由气体相应的体积流量公式计算出其质量流量,即:

M=ρ0Q0 (5)

氮气流量设计工况为工作压力0.6MPa,工作温度25℃,正常流量2 000Nm3/h。该氮气流量测量温度、压力自动补偿系统的原理如图5所示,ECS-100型DCS图形化组态如图6所示。

将有关参数代入式(4)得到标准(标定)体积流量量程上限Q0max(Q20max):

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查得标准状况下氮气的密度为1.250 8kg/Nm3,标定状况下氮气的密度1.164 6kg/m3,将有关参数代入式(5)得到质量流量量程上限Mmax:

Mmax=ρ0Q0=1.25083170.58=3965.76kg/h

Mmax=ρ20Q20=1.16463402.73=3962.89kg/h

2.3 液体自动补偿系统

由于液体的密度近似为常量,涡街流量计测得体积流量即为实际工况下的体积流量。体积流量转换为质量流量的计算公式同气体的质量流量公式。

3 结束语

涡街流量计应尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方,振动存在的地方必须采用减振装置,减少管道受振动的影响。振动较大而又无法消除时,不宜采用涡街流量计。补偿用的压力变送器和温度计应安装在流量计的下游,并保证检测点和流量计之间有足够长的距离,以便不会影响流体的流场。

摘要：介绍了涡街流量计的测量原理,从工程应用的角度,系统地阐述了被测介质的工况(温度、压力)发生变化后,其流量自动补偿的原理及实施方法。

超低功耗智能涡街流量计的硬件设计 第3篇

关键词：涡街流量计,超低功耗,智能,单片机

1 系统的硬件组成

如图1所示, 系统硬件由以下几部分组成:涡街传感器、温度传感器、压力传感器、主机 (即主控制器) 、液晶显示器、功能设定按钮、存储器扩展、实时时钟和通讯接口。涡街传感器负责流量信号的采集, 压力、温度传感器负责流体压力、温度信号的采集, 主控制器则接收由以上传感器发出的信号, 并进行放大、整形, 然后送到单片机进行处理, 通过软件将流体的流量计算出来, 将各种结果显示在液晶显示器上, 以便于读取数据。数据存储器采用E2PROM以保证数据不因断电而丢失, 同时通过RS485通讯接口与上位机或其它用户设备进行数据通讯。

2 系统的硬件设计

在涡街流量计中, 单片机系统是它的核心部分。

一方面它要对前置放大器送来的脉冲频率信号进行计数;另一方面它还要对测量数据进行数据处理以得到所需的瞬时流量及总流量, 并将结果送到显示单元进行显示。因此本设计所选用的单片机应该具有速度快、功耗低、体积小、价格便宜的特点。根据多方面比较, 本设计选用美国TI公司生产的MSP430系列微控制器。

该微处理器通过16位RISC系统16位CPU集成寄存器和常量发生器来获得最大代码效率。MSP430的16位定时器是应用于工业控制如纹波计数器、数字化电机控制、电表和手持式仪表等的理想配置。它的硬件乘法器大大加强了其功能并提供了软硬件相兼容的范围, 提高了数据处理的能力。

MSP430F149单片机工作在1MHz时钟条件下, 最大工作电流仅有350μA;具有5种低功耗工作模式, 在不同的工作模式下, 工作电流可下降到0.1μA～70μA。MSP430F149单片机之所以具有这样的特性是因为它特殊的硬件结构。

MSP430F149是16位总线结构, 一个指令周期仅有125ns, 12位的快速A/D转换器带有内部电压参考, 采样保持和自动扫描模式, 两个16位的定时器均带有7个捕获/比较寄存器, JTAG在线编程标准接口, 两个通用同步和异步串口, 内部具有60kB+256B的FLASH寄存器, 2k数据存储器, 内部数控晶振 (DCO) 允许单片机在6μs的时间里由低功耗模式变为唤醒模式, 48个I/O端口, 每一个都可以独立控制, P1和P2端口还可以选择中断的沿触发模式, 一个看门狗定时器防止程序跑飞, 16位的硬件乘法器可以方便快速地实现88, 816, 1616的乘法运算。

(1) 多周期准同步法频率测量

根据涡街流量传感器的原理, 漩涡分离频率与流量之间存在一定的关系, 因此要测流量就必须测量频率。

多周期测频是在测周的基础上, 在信号的多个时间周期内测量信号的频率。由于被测信号控制门控信号的开启所以称为同步测量。测频原理如图2所示。

在设计中, 利用MSP430F149单片机的定时器B (Timer_B) 产生预置时间T′, 由P4.0/TB0口输出给同步门D触发器, fX信号作D触发器的时钟信号。设置定时器A (Timer_A) 的控制寄存器的值, 由P1.2/TA1口捕获D触发器输出信号的上升沿和下降沿, 得到时间T, 在T时间内, 由P1.1/TA0口捕获fX的上升沿, 产生中断, 由软件计数得到N值, 经过计算即可得到流量值。

根据误差传递公式可以得到被测信号频率的相对误差:

$\frac{\Delta f{}_X}{f{}_X}=\frac{\Delta {\rm M}}{{\rm M}}-\frac{\Delta {\rm N}}{{\rm N}}+\frac{\Delta f{}_0}{f{}_0}$

式中:$\frac{\Delta f{}_0}{f{}_0}$为标准晶振的频率准确度,

$\frac{\Delta {\rm M}}{{\rm M}}$为计数器A的计数相对误差,

$\frac{\Delta {\rm N}}{{\rm N}}$为计数器B的计数相对误差。

选择比较成熟的具有可编程看门狗的E2PROM存储器X25043。它是XICOR公司的单片机监控芯片。它把四种常用的功能:上电复位、看门狗定时器、电压监控和串行功能E2PROM组合在单个封装之内。这种组合降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。这一款E2PROM为CMOS工艺, 静态功耗小于10μA, 低功耗工作, 电源为2.7～5.5V供电, 集成可编程看门狗, 512字节存储器, 10万次重写, 100年数据保存。这样既可以解决数据存储的问题同时也能够满足系统对低功耗的要求。

(2) X25043的原理及应用

X25043将多种功能集成在一起, 图3是其原理框图。

对X25043的基本的操作是向X25043写一个字节和从X25043读出一个字节, 写字节可以是指令或状态寄存器内容或数据, 读入的字节可以是状态寄存器内容或数据。操作采用先指令后数据的方式。例如, 要写数据, 必须先发送写允许指令, 然后发送写指令, 最后是数据。

对应的程序如下:

为了方便用户对流量使用情况的查询, 在系统中使用一个实时时钟将日历时钟与流量结合在一起, 为用户提供最近60天内任何一天的流量数据。PCF8583、8563系列专用日历芯片, 性能优良, 易于起振, 且带有标准的I2C通讯接口。尽管MSP430F14X系列单片机无专用的I2C接口, 但I/O数据端口众多, 因而可以开发基于MSP430的模拟I2C软件包。

3 结束语

由于流量计并非所有的时间都在工作, 我们充分利用了单片机提供的5种低功耗模式, 让系统在不工作的时候进入低功耗, 大大地减少功耗;MSP430F149提供了60K的FLASH存储器, 因此我们可以将总流量及一些重要的参数存入FLASH中, 而不存入扩展的EPROM中, 从而降低功耗;利用外部中断方式而非等待查询方式从低功耗模式中唤醒及实现键输入, 并且在不查看显示时关闭显示器以减少功耗。

参考文献

[1]苏彦勋.流量计量[M].中国计量出版社, 1991:4-7.

[2]蔡武昌.流量仪表若干发展趋势和应用进展[J].中国仪器仪表, 2001 (2) :46-48.

[3]孙延柞.国际最新流量仪表及测量方法[J].自动化与仪表, 1994, 9 (6) :4-6.

对涡街流量计 第4篇

关键词：涡街流量计,计量,精度,选型,安装,原理

涡街流量计的工作原理是基于卡门涡街效应原理。流体在通过非流线型阻挡物后, 两侧会产生两列交错排列的旋涡。旋涡分离的频率与阻挡物侧面的流速V成正比, 与阻挡物的迎流面宽度d成反比, 遵从下列公式:

其中, St为Strouhal斯特劳哈尔数, 雷诺数在一定区段范围内S是常数。由压电元件测得频率f, 便可测得工况流速V, 管道有效截面积A已知, 进而可获得流体流量。

造成涡街流量计计量精度降低的原因及对策:

1) 管道流速不均或者管道内的流体分布不均造成的计量误差。气中夹藏固体, 能够有沉积物, 非流线体能够受腐蚀, 需要在管道前加过滤器。气中夹藏液体, 管道里有液体沉积物, 需要在进表前加除液的设备, 对于一些受季节温度影响易产生液体沉积物的介质, 需要伴热系统来提高露点值, 以避免出液体沉积物析出。

2) 流体介质密度的计量的影响。涡街流量计工况下的体积流量与检测对象的密度、温度、压力等参数无关, 但是结果要求是质量流量 (液体或蒸汽) , 或者要求是标况下的流量 (气体) , 介质的密度参数需要参与计算。此时密度参数的正确与否对于计量精度而言显得尤为关键。实际工况与设计工况相比发生较大的改变时, 或者工艺介质发生改变的时候, 要对密度参数进行修正, 否则会影响计量值。

3) 外界振动对涡街流量计产生的计量误差。涡街流量计一次表安装处的管道振动会影响计量精度。安装涡街流量计的时候在仪表的前后段加支撑或者夹持, 并且在支撑或者夹持与管道的接触面上加上一定厚度的橡胶板以减少震动的影响。从涡街流量计的工作原理来看, 在管道振动较大的场合, 选型时选择合适的检测方式也能有效避免振动影响。

4) 安装时涡街流量计前后直管段长度低于安装要求计量误差。涡街流量计直管段要求根据其安装管道是否存在弯管或者变径而各不相同, 一般情况下仪表安装点如无弯管或者变径保证上游40D下游20D就能满足要求, 确保测量精度。对于一些受现场因素影响无法提供有效直管段的, 需要选择涡街流量计内部有缩径设计涡街流量计, 可以降低安装时仪表上下游直管段的要求。

5) 温压补偿造成的计量误差。一些气体或者蒸汽需要现场进行温压补偿, 对于温压补偿是分体的涡街流量计, 在安装温度和压力测量件时, 需要注意流体的流向, 安装的测量件不能产生漩涡影响测量。在涉及到供方和收方的关联结算的时候, 对于气体介质如果最终的测量结果为标准体积, 此时的温度和压力对计量精度的影响很大, 这种状况下测量结果不仅要考虑到介质从供方到收方的压力损失, 还要考虑到环境温度的影响, 比如一边油伴热, 一边没伴热等。对于测量介质为蒸汽的, 首先在参数设置的时候要识别是饱和蒸汽还是过热蒸汽, 选择合适的介质类型。如果现场进行温压补偿, 必须同时保证压力和温度测量的准确性;如果补偿是在室内进行的, 必须选择合适的补偿公式, 并且供方和收方需要采用相同的补偿公式, 另外在工况改变的时候, 需要对实际工况进行核定, 以便确定新的设计温度和设计压力, 保证计量的准确。

6) 配管内径与流量计内径不一对计量精度的影响。涡街流量计在安装的时候要求仪表的内径无管道的内径一致, 但是在实际情况下, 涡街流量计和管道的口径由于所用的标准不一样, 也会存在内径不一致的情况, 当管道内径大于仪表内径时, 如果两者之间的差值不超过涡街流量计内径的3%, 对计量精度的影响小, 在计量结果的允许误差范围以内。当管道内径小于仪表内径, 且两者之差不超过流量计内径的2%时, 会产生一定的计量误差, 但是可通过调整仪表系数来修正。当管道内径与仪表内径相差较大, 在设计选型的时候就应该选择合适的涡街流量计口径, 如果在选型的时候无法解决, 则需要通过对管道变径来与涡街流量计进行匹配。安装时需注意上下游直管段的要求。

7) 漩涡发生体污染的对计量精度的影响。涡街流量计的发生体极易被介质脏污或被污物缠绕, 从而改变漩涡发生体的几何体尺寸, 从涡街流量计的测量原理可以此时漩涡发生体的迎流面宽度发生改变, 对计量结果会有较大影响, 严重时会导致涡街流量计无法工作。因此漩涡发生体被污染的时候能及时清理维护。这需要漩涡发生体能够在线拔插, 或者管道有复线以便能及时消除信号发生体被污染的影响。

现在涡街流量计的使用范围相当的广泛。在工厂里面以涡街流量计作为计量器具时, 为了充分维护产品供方和收方的权益, 涡街流量计的计量精度显得尤为重要, 这就要求我们在选型的时候根据实际情况选择合适的厂家和型号, 在安装施工的时候能够按照规范进行施工以减少施工环节对精度的影响, 在使用的时候对仪表的相关参数进行准确的设定、对涡街流量计进行定期的维护、出现问题进行及时的维修, 保证计量的准确。

参考文献

对涡街流量计 第5篇

温度、压力补偿一体化涡街流量计(下位机)以其准确、可靠、具有通信接口等特点,作为过程控制或贸易结算仪表,已在企事业单位广泛使用[1]。随着计算机技术的发展和企事业单位局域网络的建立,利用计算机作为上位机和多台流量计进行通信,继而接入以太网络,已是企事业单位计量数据管理的发展趋势。目前,温度、压力补偿一体化涡街流量计提供了瞬时流量、工况流量、累积流量、温度、压力、频率等信息,这些数据的读取往往靠人工在现场抄表、记录,存在着费工时和易出错的缺点。为此,我们以VB6.0作为开发工具,用计算机作为上位机、以单片机作为下位机,并嵌入了MODBUSRTU协议实现了涡街流量计与上位计算机自动数据采集和管理。

1系统总体方案

WY3WE型一体化涡街流量计通信系统是一个基于MODBUS的工业通信网络,它主要由实现现场监测功能的一体化涡街流量计(下位机)、实现对一体化涡街流量计在线配置与监控功能的上位主机两部分组成。作为从机的一体化涡街流量计主要任务有:实现现场温度、压力、流量的采集、输出显示、系统配置以及响应主机激励;主机的主要任务是在线配置从机、监控从机从而得到相应从机的状态、实时数据[2]。两者之间的物理层通讯是基于现场总线技术的485总线。

根据RS485电气规定,在两线制传输方式下,RS485驱动器可带32个接收器,实现多半点双工通讯,波特率9600BPS时通讯距离可达1 200 m。如图1所示PC机通过RS232接口,经RS232/RS485转换模块与多台流量计仪表相连接,一条总线上最多可接32台,每台仪表被赋予各自的通讯地址码用以识别身份[3]。这样上位PC机能通过RS485总线对挂在总线上的每个仪表进行通讯。实现对流量计的远程数据采集。

2MODBUS协议

2.1MODBUS协议简介

MODBUS[4]协议就是工业控制器的网络协议中的一种。MODBUS协议是Modicon公司于1978年发明的一种用于电子控制器进行控制和通讯的通讯协议。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以进行通信。它的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通用工业标准。

MODBUS协议包括ASCII、RTU等,并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。MODBUS控制器的数据通信采用Master/Slave方式(主/从),即Master端发出数据请求消息,Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据,实现双向读写。

MODBUS可以应用在支持MODBUS协议通讯的PLC和PLC之间、PLC和计算机之间、计算机和计算机之间、智能仪器和计算机之间以及远程计算机之间(通过Modem连接),可见MODBUS的应用是相当广泛的。在实际使用中,其组网的物理层可以使用RS232、RS 485/422、Modem加电话线、甚至TCP/IP来联网。所以,MODBUS的传输介质种类较多,可以根据信号传输系统的实际需求来选择。

2.2MODBUS协议格式

MODBUS可分为两种传输模式[5]:ASCII模式和RTU模式。使用何种模式由用户自行选择,包括串口通信参数(波特率、校验方式等)。在配置每个控制器的时候,同一个MODBUS网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

2.2.1 ASCII模式

当控制器设为在MODBUS网络上以ASCII模式通信,在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

如表1所示,使用ASCII模式,消息以冒号(:)字符(ASCII码3AH)作为起始位,以回车换行符(ASCII码0DH, 0AH)作为结束符。传输过程中,网络上的设备不断侦测“:”字符,当有一个冒号接收到时,每个设备就解码下个位的地址域,来判断是否发给自己的。与地址域一致的设备继续接受其它域,直至接受到回车换行符。除起始位和结束符外,其他域可以使用的传输字符是十六进制的09,AF,当然也要用ASCII码表示字符。当选用ASCII模式时,消息帧使用LRC(纵向冗长检测)进行错误检测。

2.2.2 RTU模式

当控制器设为RTU(远程终端单元)模式时,消息帧中的每个8 Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。

该模式下消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输过程中,网络设备不断侦测网络总线,包括停顿间隔时间内。当第一个域(地址域)接收到,相应的设备就对接下来的传输字符进行解码,一旦有至少3.5个字符时间的停顿就表示该消息的结束。

在RTU模式中整个消息帧必须作为一连续的流转输,如果在帧完成之前有超过1.5个字符时间的停顿时间,接收设备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地,如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始,接收的设备将认为它是前一消息的延续。如果在传输过程中有以上两种情况发生的话,必然会导致CRC校验产生一个错误消息,反馈给发送方设备。

当控制器设为RTU模式通信时,消息中的每个8 Bit字节包含两个4 Bit的十六进制字符。这种模式与ASCII模式相比在同样的波特率下,可比ASCII模式传送更多的数据。这是WY3WE型一体化涡街流量计选用RTU模式通信的缘由。

3通信系统硬件设计

系统主要由通讯电路、多路数据采集、输出LED显示、电源模块等组成。如图2所示,系统具有对外界流量、温度、压力信号进行采集的能力,采集的模拟信号经A/D模块转换为相应的数字量,送入微处理器进行处理。然后送入LED显示。

考虑到系统实际应用,在硬件设计方面,微控制器选用了飞思卡尔(freescale)的8位内核芯片HCS0, 它是MC9S08QG单片机家族的派生产品,其强大的片内资源,只需添加少量的外围器件即可实现系统的设计要求[6,7]。流量测量采用压电陶瓷、温度测量利用Pt100热敏电阻、压力测量选用扩散硅压敏元件,测量的模拟信号经A/D模块转换后送入单片机微处理器进行处理。模拟量转换器直接对测量的弱电信号进行处理,并能够满足精度要求。其它也选用了与通信和输出显示相关的器件。

下面说明系统通讯部分的电路设计。由于标准的MODBUS物理层采用了RS485串行通信标准,在PC机上基于MODBUS协议通过使用RS232插卡或者RS232/ RS485转换模块可实现多点串行通信,我们选用的是RS232/RS485转换方式。通讯电路图如图3所示。

MC9S08QG的串行发送端口TXD和接收端口RXD经MAX232芯片进行电平转换后[8],分别与RS232/RS485转换器的数据接收端口RXD和数据发送端口TXD相连接。MC9S08QG串行通信的发送端TXD连接到的11引脚,发出的数据信号经过MAX232芯片转换后,从14引脚输出到转换器串行口的第3引脚。按RS485通信协议规定,转换器串行口的第3引脚为数据输入端,这样,发出的数据就可被转换器接收到。由转换器串行口的发送端TXD(PC机串行口的第8引脚)传输来的数据,作为RS485电平的信号输入到MAX232芯片的第13引脚,经过MAX232芯片进行电平转换后,再由MAX232的12引脚输出到MC9S08QG串行口的接收端口RXD。从而完成数据的双向传输。

4通信系统软件设计

友好的人机界面要求将现场的实时生产数据能直观地显示在上位机屏幕上。但计算机的标准配置中通常只有RS232通信接口,开发人员可以通过编写程序来定义通讯数据格式,完成对数据的传输。许多编程语言都提供标准编程控件实现对RS232的数据通讯。我们选用较为方便的VB6.0来完成对4台基于MODBUS-RTU协议的WY3WE型一体化涡街流量计的瞬时流量、工况流量、累积流量、温度、压力、频率等6个参数的实时采集、显示、储存。编程中采用windows操作系统环境下Visual Basic的串行通信控件:Microsoft Comm Control,简称MSComm控件。

4.1上位(主)机系统编程

在上位机里,采用MSComm控件接收数据。按照接收方式分两种形式:事件驱动方式、定时查询方式。本系统为适应流量的实时监测采用定时驱动方式。若定时器计时到,上位机通过串行通信口向指定地址流量仪发出读操作命令,等待时间完成后,则检查InBufferCount属性值来判断输入缓冲区中是否接受到了相应数目的字符,从而进行读取、判断数据合法性和数据存储、处理等操作。程序流程框图如4所示。

根据MODBUS-RTU协议的规则及程序流程,编写了上下位机之间通信的驱动程序。

(1)串口初始化

(2)打开串口并定时发送数据命令

(3)接受数据

在MSComm控件中,进行属性设置,使控件接收的数据与SQLSever2000数据库链接。然后,在数据库中新建一个TABLEI表,表中包括时间、实际数据和设定的数据字段。这样就实现了VB6.0监控界面对数据库的访问。在Vb6.0环境完成程序编写,运行后得到系统的数据显示画面如图5所示。当上位机把下位机的实时数据读取上来并显示后,就可以对实时数据绘制历史曲线图。

4.2下位(从)机系统设置

下位机(一体化涡街流量计(WY3WE))仅仅支持上位机设置的03号读命令, 命令代码为0003,采用从00H20H的虚拟地址连续排列,可采用一次读32个字节将变量全部读回,不支持写操作。下位机端口地址可以通过下位机键盘操作设置,但需要与上位机定义地址匹配[9]。波特率为9600和4800可选,不支持更高的波特率。信息传送中,所有数据均是高字节在前。下位机支持读取的各参数量纲定义如表3所示。

表3中,累积量低位的十进制长整形数据中,低三位为小数点,其他为整数。累积量低位整数部分到达1 000 000,累积量高位加1。累积量=累积量高位 1 000 000 + 累积量低位 ÷ 1 000;单位数据的2个字节中,单位代码在高8位,分别对应表4。

5结束语

本系统由单片机、多路数据采集模块、通讯电路等几部分组成。下位机采用飞思卡尔单片机开发语言编程,上位机采用VB6.0编程,以SQLSever 2000作为后台数据库,上位机与下位机之间采用RS485总线通讯,设计并编写基于MODBUS-RTU协议的通信应用软件。实验表明,本系统实现了上下位机基于MODBUS协议的RS485总线通讯,在下位机LED和上位机VB界面显示数据值,在数据库中保存数据值,实时显示数据误差不超过0.5%。本系统具有较好的扩展性,可以扩展到32个设备多点的温度、压力、流量等数据监测,对降低生产运行成本具有重要的现实意义。

参考文献

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[6]马斌.单片机原理及应用.北京:人民邮电出版社.2009

[7]何此昂.Freescale08系列单片机开发与应用实例.北京:北京航空航天大学出版社,2009

涡街流量计在化工生产中的应用 第6篇

涡街流量计主要用于工业管道气体、液体、蒸汽等介质的测量, 其特点是压损小, 量程范围大, 精度高, 在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件, 因此可靠性高, 维护量小, 仪表参数能长期稳定。我公司使用涡街流量计主要用于蒸汽、水、氮气、以及原料的流量计量。

1 涡街流量计的工作原理

涡街流量计是由直接接触流体的漩涡发生器、检测探头及相应的电子线路等组成的。当流体流经壳体内垂直放置的漩涡发生器时, 在其后方两侧交替地产生两列漩涡, 这种漩涡被称为卡门漩涡。斯特罗哈尔在卡门涡街理论的基础上提出了卡门漩涡的频率与流体的流速成正比, 并给出了频率与流速的关系方程式。由漩涡产生的交变力作用在检测探头上, 使其内部埋设的压电元件产生电荷频率信号, 经前置检测电器放大转换处理后, 输出与体积流量成正比的脉冲信号, 或者换成标准信号输出。涡街流量计配接流量显示仪及温度、压力传感器后, 可进行各种参数的运算、显示和累计等。

2 安装要求

涡街流量计属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计, 因此, 应充分重视现场管道的安装条件, 严格遵照使用说明书。涡街流量计可以安装在室内或室外。如果安装在地井, 为了防止被水淹没, 应选用涎水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装, 但测量液体和气体时, 为了防止气泡和液滴的干扰, 安装位置需注意, 涡街流量计必须保证上、下游直管段有必要的长度。在与管道连接时, 要注意以下问题:

(1) 上、下游配管内径D与传感器内径D′相同, 其差异满足条件:0.95D≤D′≤1.1D。

(2) 配管应与传感器同心, 同轴度小于0.05D′。

(3) 密封垫不能凸入管道内, 其内径可比传感器内径大1~2mm。

(4) 如需断流检查或清洗传感器, 应设置旁通管道。

(5) 现场安装时, 应减小振动对涡街流量计的影响, 尽量避开振动源, 采用弹性软管在小口径中连接, 并加装管道支撑物。流动调整器是保证获得高精确度测量的措施, 在制造厂进行装配则更能保证安装质量。电气安装应注意, 在传感器与转换器之间采用屏蔽电缆或低噪声电缆连接, 距离应不超过使用说明书的规定。布线时应远离强功率电源线, 尽量采用单独金属套管保护。应遵循“一点接地”原则, 接地电阻小于10Ω。整体型和分离型均应在传感器侧接地, 转换器外壳接地点应与传感器“同地”。

3 常见系统故障及处理

(1) 上电后管道内有流体流动, 但无信号输出。

处理方法:检查仪表接线是否正确, 有无短线;检查仪表安装方向是否正确;检查流量是否低于正常的流量范围。

(2) 上电管道内无流体流动, 但有信号输出。

处理方法:检查仪表接地, 是否是接地不良引入干扰;检查管道是否有强烈的机械振动;检查环境是否有强电磁干扰, 如有大功率电器或变频器等强电设备;检查灵敏度是否过高, 逆时针方向调整两个电位器直至无输出。

(3) 管道内流体的流量稳定且符合流量要求, 但输出变化太大, 不稳定。

处理方法:检查是否是接地不良引入干扰;检查是否是管道振动过强引入干扰;检查是否是灵敏度过低有漏触发现象, 提高灵敏度即可。

(4) 显示流量与实际流量不符, 不稳定。

处理方法:检查是否是仪表参数设置不正确;检查是否是温度压力仪表测量误差过大;检查是否是流量低于或高于正常的流量范围;检查是否是安装不符合要求, 如安装不同心、管道内有障碍物、直管段不足等。

4 结语

对涡街流量计 第7篇

电容式涡街流量计是涡街流量计中最有发展前途的一种,它安装简单,维护方便,无需装导压管和固定支架,可减少故障点。它广泛用于管道中液体、气体和蒸汽的测量,具有良好的通用性和互换性,能满足用户不同的检测要求,因此研究电容式涡街流量计将具有极其重要的现实意义。

设计了电容式涡街流量计二次仪表电路,该电路以MSP430F149单片机为核心,设计了信号调理电路,低功耗微处理器系统,二次仪表供电电路。该电路具有低成本、低功耗、高精度的特点,具有广阔的市场应用前景。

1二次仪表电路的工作过程

电容式涡街流量传感器把检测到的涡街信号,经过信号调理电路处理后,送到MSP430F149的P1.1口,利用该I/O口具有的定时器A捕获中断功能,同时利用定时器B模块,读入捕获的时间,获得信号的频率,再根据仪表参数,可以计算出瞬时流量值、累积流量值,送到指定的RAM数据缓冲区供LCD实时显示。

2信号调理电路设计

环行电路输出的信号低于毫伏级,需要对采集到的信号进行放大处理。可以通过恒流源式双入单出差动放大电路,该电路能抑制零点漂移,电路如图1(a)所示;传感器得到的信号夹杂着噪声信号,为消除噪声的干扰,设计滤波电路,该电路采用无限增益多路反馈二阶滤波电路,该电路过渡带窄,能改善涡街信号的频率特性,滤波电路如图1(b)所示;信号放大滤波电路后,为便于单片机计数,需要对信号进行整形处理。整形电路通过施密特触发器电路产生方波信号,电路如图1(c)所示;通过设置可调电位器R8的阻值,设定门限电压,将输入信号转换成脉冲信号输入单片机的P1.1端口。利用P1.1端口可以设置为捕获方式获取流量信号频率。

3低功耗微处理器系统设计

3.1键盘接口电路

现场测量仪表在使用时,需要根据不同管道直径、流体介质、温度、气压、黏滞系数等改变或修正相关参数,来计算体积流量或质量流量,所以仪表必须有可以现场修正的键盘[1,2]。设计采用独立式键盘来修改相关参数值,键盘电路主要利用MSP430单片机的I/O端口来进行设计。它的6组端口的每组8个I/O管脚可以单独设置成输入或者输出,且每个都可独立读写。如图2所示为键盘接口电路,利用P2端口的每个管脚还可以单独设置为中断或只读口分别与P2.0～P2.4依次连接。按键功能分别是返回键、右移键、增1键、左移键、修改键。当修改键有按键动作时触发键盘中断,其它键按下不响应中断。当进入中断后按下其它任意键使得对应P2口由100 Ω和1 kΩ两个电阻对3.3 V分压为高电平3 V,弹起键时对应P2口为低电平0,以此作为键盘扫描判断。

3.2显示电路

采用低功耗点阵式字符液晶显示器 NOKIA5110的4884,这是一种串行输入数据点阵式液晶,所占用的单片机I/O口数量较少,另外此液晶具有低电压供电方式,可选择3.3 Vcc和5 Vcc的电压供电。液晶内部采用PCD8544,设计为48行84列的图形显示,所有的显示功能集成在一块芯片上,包括LCD电压及偏置电压发生器,只须很少外部元件且功耗小正常显示时的工作电流在200 μA以下,且具有掉电模式。这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中[3,4]。电路结构如图3所示,只有2、3、4脚同单片机P4.0、P4.1、P4.2相连,使用内部振荡器时令6脚接高电平,8引脚所接电容是起延时作用,它影响掉电时屏幕上信息消失速度快慢,通常选0.1 μF～10 μF。

4二次仪表供电电路设计

MSP430系列单片机的工作电源一般是1.8 V～3.6 V,并且功耗极低,电池电压通过W7805转换成+5 V电源。如图4所示,该芯片输入5 V,输出电压为3.3 V,电流为800 mA,完全能满足大多数低功耗应用场合的要求,也能满足本系统的功耗要求。

5结论

设计了电容式涡街流量计二次仪表的电路,该电路由信号调理电路、低功耗微处理器系统、二次仪表供电电路组成。实验验证了该电路的正确性和可靠性,而且该电路还具有结构简单、价格低廉的优点,具有广阔的市场应用前景。

参考文献

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