micromot ion質量流量計密度輸出的幾種方案及比較

劉振

（內蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司儀電中心，內蒙古 鄂爾多斯017314）

0 引言

為了更準確的測量化工生產過程中原料與產品的產銷比，或者得到更準確的物料純度計算，從而達到更好的生產成本控制，部分生產過程需要測量質量流量的同時兼具測量物料的密度來實現原料純度的測量，從而精確的計算出主要反應物的單耗。本文針對化工生產過程中需要同時測量原料的質量流量與密度的需求入手，對化工裝置最為常用的micromotion 1700/2700系列質量流量計變送器進行了細致的比較及選型分析，給出不同選型代碼輸出通道的數據類型及應用的比較結果。

1 質量流量計的原理及特點

流體在旋轉的管內流動時會對管壁產生一個力，它是科里奧利在1832年研究輪機時發現的，簡稱科氏力。質量流量計以科氏力為基礎，在傳感器內部有兩根平行的流量管，中部裝有驅動線圈，兩端裝有檢測線圈，變送器提供的激勵電壓加到驅動線圈上時，振動管作往復周期振動，工業過程的流體介質流經傳感器的振動管，就會在振管上產生科氏力效應，使兩根振管扭轉振動，安裝在振管兩端的檢測線圈將產生相位不同的兩組信號，這兩個信號的相位差與流經傳感器的流體質量流量成比例關系。計算機解算出流經振管的質量流量。不同的介質流經傳感器時，振管的主振頻率不同，據此解算出介質密度。

2 變送器選擇

質量流量計從結構上主要分為傳感器部分及變送器部分，用戶根據自身的需求選擇相應的產品，micromotion質量流量計變送器主要分為現場安裝式、支架或面板安裝式、導軌安裝式，下面主要介紹適于現場安裝的1700變送器及2700變送器。

2.1 1700變送器

該型號變送器相對成本較低，但功能相對簡單，變送器包含三個輸出通道，分別為通道A、通道B、通道C，根據廠家代碼信息可知1700xxxx第四位代碼表示變送器輸出選項，可選A或D，A選項對應三個輸出通道分別為ma輸出、頻率或離散輸出、RS485 通訊；D 選項對應三個輸出通道分別為ma 輸出（本安）、頻率或離散輸出、none。通道A毫安輸出可組態選項為質量流量、體積流量、氣體標準體積流量，一般設置成質量流量，已組態為一級毫安輸出的過程變量自動組態為頻率輸出，因此不能用通道B頻率輸出來實現密度的輸出。在保證質量流量輸出的同時如果要實現密度輸出，則需要借助通道C通訊輸出，因此在變送器選型時需要確定輸出選項選擇為A，通過RS485 通訊設置相應的Modbus 地址（從設備地址）、奇偶校驗、停止位和波特率、浮點型字節順序、附加通訊響應延遲等，需要注意的是1700變送器HART 4級變量中不能組態密度作為變量，因此1700變送器無法通過HART通訊的方式讀取密度。

2.2 2700變送器

與1700 變送器相比功能更加強大，相對價格更高，變送器包含三個輸出通道，分別為通道A、通道B、通道C，根據廠家代碼信息可知2700xxxx第四位代碼表示變送器輸出選項，可選A、B、C、D、E、G、N、2、3、4。A選項對應三個輸出通道分別為ma輸出、頻率或離散輸出、RS485 通訊，B 選項對應三個輸出通道分別為ma輸出、ma輸出/頻率或離散輸出（默認ma）、頻率輸出/離散輸出或離散輸入（默認頻率）。C選項對應三個輸出通道分別為ma 輸出、ma 輸出/頻率或離散輸出（用戶自定義）、頻率輸出/離散輸出或離散輸入（用戶自定義），D選項對應三個輸出通道分別為ma輸出（本安）、頻率輸出或離散輸出、ma輸出（本安），E/G/N選項主要適用于總線儀表，分別對應不同總線類型，在這里不做討論，2/3/4 選項增加了無線hart 通訊接口，其他參數與A/B/D 對應，不詳細說明，毫安輸出可組態選項為質量流量、體積流量、氣體標準體積流量、溫度、密度等15個參數，頻率輸出可組態選項為質量流量、體積流量、氣體標準體積流量、溫度修正體積流量等7 個參數，通過以上總結可知2700變送器如要實現質量流量與密度同時輸出可以通過組態第二組模擬量通道，選擇密度作為輸出變量，接入控制系統即可，另外也可通過RS485 通訊的方式實現，方法與1700 變送器一致，還可以通過讀取HART變量來實現，如果使用了HART 變量，要注意改變了毫安輸出過程變量的組態將會同時改變HART 一級變量(PV)和HART 三級變量(TV)的組態。根據2700變送器說明書，通過手操器將2700變送器HART二級或四級變量設置為密度，在控制系統讀取相應的HART變量即可實現。

3 方案比較

綜合上述分析，使用1700變送器實現密度上傳至控制畫面僅僅只有一種方案，即訂購1700 變送器時輸出選項選擇A 型號，利用RS485 通訊方式，讀取密度對應地址方可實現；使用2700變送器實現密度上傳至控制畫面有三種方案，分別為組態第二組ma 通道選擇密度作為輸出變量、建立控制系統與變送器RS485 通訊，讀取密度對應地址變量、組態HART 二級或四級變量為密度，讀取HART變量，下面就三種方案進行比較

3.1 穩定性

利用可組態第二組ma輸出，接入控制系統AI通道，無疑是上述方案中最為穩定的，避免通訊延遲，數據丟包，同時能夠提供較高的測量精度（小數點后4位），可選擇2700變送器輸出選項為B/C/D/3/4。

3.2 便利性

組態HART 二級或四級變量為密度，通過控制系統讀取HART變量來實現，無疑是最為便利的，不需要額外鋪設第二組通道電纜，不占用控制系統AI通道，且具備較高的精度（小數點后4位），可選擇2700變送器輸出選項為A/B/C/D/2/3/4，因為是通訊的關系，不可避免的會有通訊延遲等問題的發生，穩定性欠佳。

3.3 數據多樣性

與以上兩種方案相比，通過RS485通訊的方式實現密度上傳至控制系統，穩定性及便利性均無優勢，通訊不可避免的帶有延遲，且顯示精度相對較低，只有小數點后2位，同時需要敷設一根RS485通訊電纜至串口服務器，使用RS485通訊方式與變送器連接不但可以讀取變送器參數，同時可以寫入執行遠程操作，實現讀寫兩種功能，可實現遠程對變送器進行一些常規操作，如累積量清零、零點標定等，毫安輸出可組態參數為19個，HART讀取質量流量計參數為39，RS485通訊可獲得更為豐富的讀寫參數，數據多樣性更強。

以上比較建立在工廠內現有控制系統支持HART 功能基礎上，能夠讀取HART 變量，同時能夠實現RS485 通訊讀取，如果控制系統不具備上述功能，更換可組態第二組ma 輸出的2700變送器接入控制系統AI通道實現密度上傳至控制畫面是最為經濟有效的。

4 注意事項

micromotion質量流量計密度RS485通訊地址為0249/0250

利用RS485 通訊讀取密度如需較高的精度顯示需在變送器上將密度單位設置為kg/m3。

5 結語

本文針對化工生產過程中需要同時測量原料的質量流量與密度的需求入手，通過查閱相關廠家技術資料及后期的實驗驗證，對micromotion 1700/2700 系列質量流量計變送器進行比較及選型分析，給出不同選型代碼輸出通道的數據類型及應用，歸納總結了micromotion質量流量計實現密度輸出的幾種方案，對其進行了詳細的比較，給出了較為明確的比較結果。