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流量计小信号切除的最优化

时间:2012/12/5 8:44:12 点击:1972

  核心提示:我厂对蒸汽进行计量,选用的是标准孔板流量计,测量范围在0~20t/h。运行一段时间后发现,在用户主要生产设备运行的时候,流量计能进行正常测量,在生产设备停车的时候,仪表检测到流量,说明计量存在偏差,为了维持公正的原则,合理确定了小信号切除点,运行结果,所使用的蒸汽能如实地显示出来。1 差压流量计的小...
    我厂对蒸汽进行计量,选用的是标准孔板流量计,测量范围在0~20t/h。运行一段时间后发现,在用户主要生产设备运行的时候,流量计能进行正常测量,在生产设备停车的时候,仪表检测到流量,说明计量存在偏差,为了维持公正的原则,合理确定了小信号切除点,运行结果,所使用的蒸汽能如实地显示出来。

    1 差压流量计的小信号切除

    差压式流量计是投入工业应用的多种流量计中,应用最广泛,历史最悠久的一种流量计,也是人们应用小信号切除技术最早的一种流量计

    在使用老式差压流量计来显示瞬间流量和进行积算时,使用者对流量计的零点漂移总是不满意,差压计很小的零漂就会导致实际流量为零时,出现较大的流量示值,自从仪表中成功应用了小信号切除方法后,可以掩盖零漂的矛盾。 

    小信号切除方法在差压式流量计中的重要性是由差压式流量计的输入输出关系式中的平方根特性决定的。在差压式流量计中有如下所示关系式:

    

    (1)

    式中,q为流量示值,单位qma与一致;A△P为经无量纲化处理的差压信号,0~1;qmax为流量测量上限kg/h或N/s等。与式(1)所对应的关系,见图1。

图1 流量q与差压A△P的关系

    从图1可看出,在流量接近0的时候,曲线的斜率dq/dA△P近似无穷大,这就决定了流量示值的不稳定性。早期的差压计精确度为1.5级,即在一段时间内,差压示值零点漂移±1.5%也算正常,这样的漂移所对应的流量值即为12.2%。

    当差压变送器精确度进一步提高到0.2级时,差压变送器的零漂移性能得到进一步改善,但是差压变送器的零漂仅仅是差压式流量计零漂的一个方面。差压流量计是一个系统,除了差压变送器零漂之外还有差压信号传递失真和流量演算器等也会引入零漂。综合多方面的因素,世界上很多仪表制造厂都将差压切除点减小为0.75%,对应的流量值为8.7%。仪表制造技术还在不断改进,现在的差压变送器已经提高到0.075级,差压信号传递也有改进。对于中低差压变送器组成的一体化节流式流量计,小信号切除值降到2%qmax,系统仍能很好的工作。    

    1.1 电磁流量计

    电磁流量计零点漂移的原因主要有以下几点:

    (1)流量测量管上下游某一段管内未充满液,而流经电极的轴向流速却有一定幅度的摆动。这种摆动幅值虽然很小,但由于电磁流量计精确度已经达到很高的水平,所以仍然能观察到。

    (2)电极表面被粘附了一层绝缘物。

    (3)流体的电导率有明显的变化。

    (4)电极送出的毫伏信号,在放大和转换过程中出现零漂。

    (5)受到外界干扰。

    电磁流量计的小信号切除点,一般比差压式流量计小得多,设置在1%FS处就能满足要求。

    1.2 涡街流量计    

    涡街流量计号称不存在零点漂移,但是流量信号用4~20mA输出时,由于模拟电路总有一定幅值的零漂,所以需要设置小信号切除,而当流量信号用脉冲形式输出时,也必须设置小信号切除。由于涡街流量计的探头输出的脉冲信号,其幅值与流过漩涡发生体的流体的流速平方成正比,在仪表制造厂承诺的Re20000而保证正常测量的流速区间,探头输出的信号幅值较大,因而信噪比也较大,干扰不易侵入,而在流速较低,干扰容易侵入时,则采用小信号(以频率来表征)切除方法,从而使仪表既能做到在流速较高时保证正常测量,又能做到在流速低于承诺值,可测最小流量对应值时,稳定的指示零。

    2 流量小信号切除的实现方法与选用

    2.1 在非智能型仪表中的实现方法

    在CPU进入流量测量仪表之前,小信号切除均采用硬件的方法实现,DDZ-III系列仪表开方积算仪中典型的小信号切除电路原理图见图2。

图2 开方积算仪中的小信号切除电路原理图

    它由比较电路和电子开关组成。图中的VL由高稳定度电压源以及含有电阻器、电位器的分压电路组成,用来提供小信号切除的设定值。自从流量测量仪采用了CPU,小信号切除采用软件的方法来实现,不仅切除点可靠,而且操作使用方便。只要在对话框或菜单中,选定切除模式和切除点数值,仪表运行后,就能准确无误地完成切除操作。

    2.2 切除模式的选定

    智能差压变送器两种典型切换模式下差压与流量的关系曲线,见图3。其中,图3a为开平方关系切换到零,切除点既可以选用制造厂推荐值,也可以自行选定。这种切换模式的优点是流量信号低于设定值后,变送器能稳定地输出零信号(4mA或数字信号),但是,在实际流量确实为零(例如,切断阀已关闭并确认无泄漏)时,零点漂移值究竟是多少,却完全不知,如果选用图3b的切换模式,则可从变送器的残余输出中观察漂移量。残余输出尽管很小但毕竟不为零。由于差压变送器输出信号一般都要送后级仪表如流量演算器、积算仪或DCS、PLC,在后级仪表中只须将切除点设置在输入信号的0.75%FS已足够。

图3 两种类型切换模式的流量差压曲线

    3 切除点选定的最优化

    流量小信号切除有最优化的概念,是一种为了解决流量计漂移掩盖矛盾的方法,并不是采用了小信号切除后仪表的零漂就不存在了,而是零漂依旧,只是不让使用者看到而已,如果不设置小信号切除能够达到要求,最好不要切除。但是模拟器件的零漂、时漂对流量计零点影响往往是双向的,差压信号的传递失真以及振动干扰的侵入均属不确定因素,所以,小信号切除又是必须的。对于小信号要不要切除,切除值大与小之间如何取值,这就是最优化的概念。总的原则是在能达到目的的前提下,将切除值尽量选得小一些。

    4  结束语

    测量仪表中的小信号切除是流量测量中的特殊需要,不同的流量计产生小信号现象的机理也不同。同一种原理的流量计,由于其精确度、仪表质量、被测介质、现场环境以及安装情况的差异,零点的不确定性也有很大差异。流量小信号切除最优化没有一个固定的公式,它只是在使用要求与可能达到的可测最小流量之间寻找一个最佳点,调试人员根据具体的要求和具体条件合理设定切除点,通常由现场调试决定。

作者:佚名 来源:不详
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