超声波流量计说明书PPT.ppt
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1、超声波流量计 孙兴平 2008.1.171一、气体超声波流量计原理及相关知识一、气体超声波流量计原理及相关知识二、丹尼尔超声波流量计技术特点二、丹尼尔超声波流量计技术特点三、三、Mark III电子单元电子单元四、四、CUI 软件介绍软件介绍五、五、S600六、超声波流量计的投运六、超声波流量计的投运七、注意事项七、注意事项八、常见故障及处理八、常见故障及处理2一、超声波流量计结构和计量原理w结构3w原理:原理:气体超声流量计采用绝对数字时间差法,是通过测量高气体超声流量计采用绝对数字时间差法,是通过测量高频声脉冲在气体中顺流传播和逆流传播的时间差与气体流速频声脉冲在气体中顺流传播和逆流传播的
2、时间差与气体流速成正比这一原理来测量气体流量的速度式流量计成正比这一原理来测量气体流量的速度式流量计 4w当管道中有气体流过时,传感器当管道中有气体流过时,传感器1和传感器和传感器2所发射的超声波所发射的超声波脉冲分别被传感器脉冲分别被传感器2和传感器和传感器1接受,由于超声波脉冲在气流接受,由于超声波脉冲在气流中传播速度受到气流的影响,导致超声波脉冲顺流传播的速中传播速度受到气流的影响,导致超声波脉冲顺流传播的速度要比逆流时快,在超声波声道长度内,其顺流、逆流方向度要比逆流时快,在超声波声道长度内,其顺流、逆流方向的传播时间分别为:的传播时间分别为:w沿声程测得的被测气体的平均流速沿声程测得
3、的被测气体的平均流速:w表示被测气体的平均流速,这是沿声道长度上的平均的线性表示被测气体的平均流速,这是沿声道长度上的平均的线性加权的气体流速,需进行气体流速的修正,得出计算气体流加权的气体流速,需进行气体流速的修正,得出计算气体流量的方程式:量的方程式:5wqf工况体积流量,工况体积流量,m3/s;wA管道流通面积,管道流通面积,m2;wts超声波顺流传播的时间,超声波顺流传播的时间,s;wtn超声波逆流传播的时间,超声波逆流传播的时间,s;wL超声波在传感器之间的声道长度,超声波在传感器之间的声道长度,m;wD管道内径,管道内径,m;w管轴线与传感器声道之间的夹角;管轴线与传感器声道之间的
4、夹角;wK速度分布剖面的修正系数;速度分布剖面的修正系数;利用流量计算机计算出的压缩因子和温度利用流量计算机计算出的压缩因子和温度/压力变送器来的温压信号压力变送器来的温压信号对气体超声波流量计来的流量信号进行体积修正,从而得到标况下的流对气体超声波流量计来的流量信号进行体积修正,从而得到标况下的流量。量。w流量计本身的超声波工作范围在流量计本身的超声波工作范围在80 180 KHz之间,中心频率为之间,中心频率为120 KHz。6RS485 或脉冲接收工况流量RS232/RS485色谱的分析数据温度&压力数据标况流量,总能量,天然气组分及管理所需的信息与上位机数字通信,包括所有诊断和报警信息
5、典型的超声流量计量系统典型的超声流量计量系统7任任 意意 一一 对对 传传 感感 器器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)LFlowXD高级超声波流量计流量方程8 v=L2x(t1-t2)t1t2c=L2(t1+t2)t1t2v=流体速度流体速度c=声速声速t1=上游传输时间上游传输时间t2=下游传输时间下游传输时间2流量方程9 流量与流体的流速和截面积有关流量流量=流速流速*截面积截面积流速测量10 四通道流量计四通道流量计气体高级超声波流量计11声波的基本知识w什么是声波?声波是一种机械辐射能,它以实际物质为载体的纵向压力波(注意它不是一种横截面或横向波).w声波是如何产生的?
6、当振动体与介质相接触时,便产生声波w声波的频率(Hz)单位时间内通过某一给定点的声波的数量叫声波的频率12w声波的速度 速度是指声波通过某一介质的速率(米/秒,英尺/秒),它是独立于频率的一个概念介质的弹性越大,声波传播的速度越快 介质的密度越大,声波传输的速度越慢如果气体的密度已知的话,声波的速度是可以计算出来的w声波的波长 波长等于声波的速度除以声波的频率w声波的强度随介质的密度降低而变弱13w超声波是高频率的声波人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从20到 20,000 Hz超声波的频率在 20,000Hz以上丹尼尔超声波流量计的工作频率是120 KHzw为什么使用超声波?能够聚焦成一束
7、光在管道经常产生的干扰频率(60HZ)之上14w超声波的产生和检测压电晶体制成的传感器用来产生和感测超声波信号压电晶体的反向效应用来产生超声波振动压电晶体的正向效应用来感测超声波振动15衬垫衬垫材料材料导电导电体体压电晶体压电晶体Disk耦合耦合层层壳体壳体24V 输入电压输出120 KHz 输入120 KHz 输出超声波流量计探头16 n直射式直射式直射式(从加工上来说有更高的加工精度以及对电子单元的更高要求。相直射式(从加工上来说有更高的加工精度以及对电子单元的更高要求。相对于反射式声道更短,传输时间更短),不易受管道内部污垢的影响)对于反射式声道更短,传输时间更短),不易受管道内部污垢的
8、影响)(脏表比较)(脏表比较)n独特的声道布置独特的声道布置独特的声道布置能够更准确地体现流体流态(独特的声道布置能够更准确地体现流体流态(GRI的测试),同时可以有的测试),同时可以有效消除漩涡流的影响;水平的声道布置不会造成凝析液的积聚效消除漩涡流的影响;水平的声道布置不会造成凝析液的积聚;n表体一次铸造成型,没有焊缝表体一次铸造成型,没有焊缝表体一次铸造成型,没有焊缝,能最大限度减小温度变化带来的表体几何表体一次铸造成型,没有焊缝,能最大限度减小温度变化带来的表体几何尺寸的影响。尺寸的影响。二、二、丹尼尔气体超声波流量计丹尼尔气体超声波流量计技术特点技术特点17n噪声的数字滤波处理噪声的
9、数字滤波处理调节阀产生噪声的数字虑波处理(对超声波信调节阀产生噪声的数字虑波处理(对超声波信号取平均值,从而可以滤除噪声)号取平均值,从而可以滤除噪声)nMark III电子单元电子单元Mark III电子单元(一套电子单元适用于所有的电子单元(一套电子单元适用于所有的超声波流量计,压力温度输入可以实现表体超声波流量计,压力温度输入可以实现表体内径的补偿内径的补偿)18表体一次铸造成型,没有焊缝表体一次铸造成型,没有焊缝19时间直通式原理的技术特点wDANIEL 超声波流量计是时间直通式超声流量超声波流量计是时间直通式超声流量计计声波由一个探头发射另一个接收,不经管壁声波由一个探头发射另一个接
10、收,不经管壁反射反射声波由上游向下游传输的时间声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气由于声波被气流推动流推动)小于声波由下游向上游传输的时间小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流反向阻挡声波被气流反向阻挡)这两个时间之差与气流的速度存在某种关系这两个时间之差与气流的速度存在某种关系 从上下游测得的传输时间可以计算出气流的从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度平均速度和声波的速度20脉冲发生器脉冲发生器接收单元接收单元检测单元检测单元时钟时钟本安型传感器信号检测回路本安型传感器信号检测回路100 MHz 晶振晶振 120 kHz 超声波信号超声波信号(大大高予调节阀的干
11、扰频率60 kHz)时间直通式测量原理21 Daniel UltrasonicSlide 22T-Slot 型超声波探头型超声波探头22Daniel UltrasonicSlide 23可以使用以下工具在线带压可以使用以下工具在线带压拆卸并更换超声波探头拆卸并更换超声波探头23三、Mark III 电子数据处理单元24CPU板25终端板1、一块、一块CPU板板代替原来的四块代替原来的四块板板2、MARK输出输出每秒更新一次,每秒更新一次,MARK5秒一次秒一次3、声波发射、声波发射MARK比比MARK快快将通讯线(两根)接到通讯口将通讯线(两根)接到通讯口A的的“1”和和“2”端子上,同时将端
12、子上,同时将“1”和和“4”,“2”和和“5”短短接接26放大器板探头接到放大板的探头接到放大板的三根线中,黑色信三根线中,黑色信号线号线(+)、白色信号、白色信号线线(-)、S接地线接地线27Mark II CPU 主板电源板本安接口板现场接线板诊断和接口板28四、四、CUI软件软件wDANIEL CUI是基于是基于Windows操作系统的软件,可为用户呈操作系统的软件,可为用户呈现:流速剖面、各声道的声速、增益、信噪比现:流速剖面、各声道的声速、增益、信噪比w连接连接PC机与超声流量计之间的机与超声流量计之间的RS232(以太网)通讯电缆,(以太网)通讯电缆,在在PC机中运行机中运行“Da
13、niel CUI MARK III”软件,点击软件,点击“connect(连接)(连接)”按钮,建立按钮,建立PC机与超声流量计之间的机与超声流量计之间的通讯。通讯。w以太网连接要知道超声的网址以太网连接要知道超声的网址(必须有密匙必须有密匙)。29每个声每个声道流速道流速每个声每个声道声速道声速每个声道每个声道的增益值的增益值每个声道每个声道的信噪比的信噪比30wMeter output:指流量计测量出来的工况流量的大小指流量计测量出来的工况流量的大小wChord velocities:指各个声道所测量出来的介质流速指各个声道所测量出来的介质流速wChord SOS:指各个声道的声速大小指各
14、个声道的声速大小wChord Gains:指各个声道的增益,所谓增信号益就是指流量指各个声道的增益,所谓增信号益就是指流量计给探头所供应的驱动能量的大小。计给探头所供应的驱动能量的大小。w 如果某声道探头脏了,那么探头的能量就会被大大削弱,如果某声道探头脏了,那么探头的能量就会被大大削弱,此时流量计可以通过探头的反馈信号得知能量损耗较大,结此时流量计可以通过探头的反馈信号得知能量损耗较大,结果就会增加此声道的增益,从而增加能量,能够克服由于探果就会增加此声道的增益,从而增加能量,能够克服由于探头脏污而导致的能量损失。头脏污而导致的能量损失。wSignal to noise ratios:信噪比
15、,指的是超声波流量计的信信噪比,指的是超声波流量计的信号和噪声的比值,信噪比越大,则说明超声波流量计的工作号和噪声的比值,信噪比越大,则说明超声波流量计的工作情况越好。情况越好。wAlarms:声道报警,当探头工作不正常,或者探头不能正常声道报警,当探头工作不正常,或者探头不能正常被处理的时候,就会出现某个声道的报警,此时声道的状态被处理的时候,就会出现某个声道的报警,此时声道的状态指示为红色。指示为红色。313233五、S600流量计算机wDaniel FloBoss S600接收处理输入信号,同时提供处理输出和控制信号,接收处理输入信号,同时提供处理输出和控制信号,用于流量计量、密闭输送、
16、批量装载和校准设备。用于流量计量、密闭输送、批量装载和校准设备。wDaniel FloBoss S600提供下列部件:提供下列部件:50 赫兹的英特尔赫兹的英特尔32位位80486 DX2 CPU,带有内置式浮点计算共处理器。,带有内置式浮点计算共处理器。本配置由在每个本配置由在每个I/O板上的六个处理器提供支持。板上的六个处理器提供支持。可以最多用于可以最多用于10个混合计量流的容量、数据库和处理能力。个混合计量流的容量、数据库和处理能力。wCPU最多可以支持七个插入式扩展最多可以支持七个插入式扩展I/O模块。镶嵌式外壳可以容纳一个模块。镶嵌式外壳可以容纳一个CPU模块和最多模块和最多3个个
17、I/O模块。模块。w用于本地系统操作和数据输入的面板显示和键区:用于本地系统操作和数据输入的面板显示和键区:wDaniel FloBoss S600包括一个背光的液晶演示设备、一个包括一个背光的液晶演示设备、一个29键的键区和键的键区和一个告警状态发光二级管。一个告警状态发光二级管。w多重通讯接口,包括两个用于连接打印机或远程终端设备的多重通讯接口,包括两个用于连接打印机或远程终端设备的RS232序列端序列端口和三个用于连接口和三个用于连接Modbus SCADA数据网络或者与数据网络或者与DCS监控系统的监控系统的RS422/RS485 串行端口(最多可以达到串行端口(最多可以达到57.6K
18、波特)。波特)。w通过使用通过使用FTP和和TCP/IP协议的协议的10baseT以太网进行网络连接。以太网进行网络连接。w用于与用于与Config 600 的用户界面的连接的专用配置端口。的用户界面的连接的专用配置端口。3435w功能如下:功能如下:PID 控制控制流量平衡流量平衡流量规划流量规划自动求证自动求证K因子序列线性化因子序列线性化阀门监测阀门监测/控制控制取样器控制取样器控制校准装置操作,通过配置,可以包括精密和双向校准装置操作,通过配置,可以包括精密和双向的校准试验装置。的校准试验装置。36模块智能输入输出模块智能输入输出(IO)w通过配置,通过配置,IO 可以满足大多数系可以
19、满足大多数系统的要求,其中包括多流、多重统的要求,其中包括多流、多重产品和主计量设备。产品和主计量设备。w通过配置,通过配置,IO卡可以执行下列测卡可以执行下列测量、控制和逻辑服务功能:量、控制和逻辑服务功能:w数量描述数量描述12模拟输入模拟输入4模拟输出模拟输出1原始脉冲输出(校正)原始脉冲输出(校正)34-线线 RTD16数字输入数字输入12数字输出数字输出3频频率输入率输入2双脉冲输入双脉冲输入4 单脉冲输入单脉冲输入5可编程脉冲输出可编程脉冲输出数量数量描述描述12模模拟输拟输入入4模模拟输拟输出出1原始脉冲原始脉冲输输出(校正)出(校正)34-线线 RTD16数字数字输输入入12数
20、字数字输输出出3频频率率输输入入2双脉冲双脉冲输输入入4 单单脉冲脉冲输输入入5可可编编程脉冲程脉冲输输出出wI/O 功能功能37智能I/O板 CPU板 38Daniel FloBoss S600包括下列软件特性:包括下列软件特性:w可以通过变量法对批处理进行编程。并且可以对具体的批处可以通过变量法对批处理进行编程。并且可以对具体的批处理终结警报和终点警报进行配置。理终结警报和终点警报进行配置。w对于所有的输入变量都可以进行流量和时间的加权平均配置。对于所有的输入变量都可以进行流量和时间的加权平均配置。在每日的总量和运行的批处理总量的基础上,这些平均值可在每日的总量和运行的批处理总量的基础上,
21、这些平均值可以用来产生校正因子。以用来产生校正因子。w最多可以支持最多可以支持16个不同的警报组;通常,最常用的三种是计个不同的警报组;通常,最常用的三种是计算机、系统和处理组。当前的告警状态通过在算机、系统和处理组。当前的告警状态通过在Daniel FloBoss S600的面板上的一个单独的三色发光二极管显示的面板上的一个单独的三色发光二极管显示出来的。出来的。w最多可以对最多可以对12个用户定义的周期报告进行处理。同时还可提个用户定义的周期报告进行处理。同时还可提供维护、批处理和瞬时(即时)报告。气体供维护、批处理和瞬时(即时)报告。气体=液体和校正采液体和校正采用不同的报告格式。报告可
22、以在本地打印。用不同的报告格式。报告可以在本地打印。w每个用户都可以从每个用户都可以从10个安全级别中得到一个密码启动的安全个安全级别中得到一个密码启动的安全级别。级别。w在启动过程中进行限流,以防出现电流尖脉冲。在启动过程中进行限流,以防出现电流尖脉冲。w可对应用于流量或压力控制的计量器进行可对应用于流量或压力控制的计量器进行PID流量控制逻辑流量控制逻辑的计算。的计算。39S600安装40要开始安装步骤,首先要从要开始安装步骤,首先要从Daniel FloBoss S600上拆下面板:上拆下面板:1、确认、确认Daniel FloBoss S600处于关闭状态。处于关闭状态。2、使用、使用
23、2.5 mm通用板手拆下位于面板的底部中央部分的六角固定螺丝。通用板手拆下位于面板的底部中央部分的六角固定螺丝。3、轻轻地滑动、轻轻地滑动Daniel FloBoss S600面板向上面板向上4 mm(0.15”),使其脱离),使其脱离位于机箱上部的卡槽。然后向前拉动面板,使其完全脱离面板。位于机箱上部的卡槽。然后向前拉动面板,使其完全脱离面板。4、从面板的后部拆下带状线缆。、从面板的后部拆下带状线缆。5、用扳手拆下设备上的顶部和底部夹持器。、用扳手拆下设备上的顶部和底部夹持器。从这里拆除从这里拆除 41机箱的安装:机箱的安装:1、Daniel FloBoss S600设备,面板上的切口应该为
24、矩形的,垂直高设备,面板上的切口应该为矩形的,垂直高度为度为150 mm(5.9”),水平长度为),水平长度为66 mm(2.6”)。每个轴向的公)。每个轴向的公差范围为差范围为+/-3 mm(0.12”)2、为了防止出现变形,面板的厚度不可以小于、为了防止出现变形,面板的厚度不可以小于3 mm。也可以使用比。也可以使用比较薄的面板,但同时需要对机箱的后部进行支撑。较薄的面板,但同时需要对机箱的后部进行支撑。3、将面板封装靠在预先切口的后部。、将面板封装靠在预先切口的后部。4、重新安装顶部和底部固定夹,然后用扳手固定。、重新安装顶部和底部固定夹,然后用扳手固定。5、如果安装了后部支撑,则应该使
25、用自攻螺钉将封装壳固定到后部支、如果安装了后部支撑,则应该使用自攻螺钉将封装壳固定到后部支撑上。螺丝在封装箱内的最大深度部应该超过撑上。螺丝在封装箱内的最大深度部应该超过3 mm(0.12”)。)。42CPU、I/O板的安装和拆除板的安装和拆除:CPU板的特定位置位于封装后的最左侧的插槽。板的特定位置位于封装后的最左侧的插槽。其余的插槽中可以组装上插入式其余的插槽中可以组装上插入式I/O板,也可以是预留的,并由专门用板,也可以是预留的,并由专门用来覆盖空插槽的空板覆盖。来覆盖空插槽的空板覆盖。1、在进行插入板的拆除操作之前,首先要确保、在进行插入板的拆除操作之前,首先要确保Daniel Flo
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