天然氣現場智能旋進式旋渦流量計設計

王康 中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司

溫度、壓力、流量是工業自動化領域的三人檢測參數。作為液體、氣體等流體流量計量流量計廣泛用于化工、冶金、石油輸送、天然氣輸送、民用水表、民用燃氣表等方面。隨著人們生產和生活的不斷發展，在商業貿易和工業生產中，對流體的流量計量的需求在不斷增長。傳統的流量計主要包括壓力損失較大的孔板流量計，噴嘴流量計及文氏里管流舉計，主要缺點是測量范圍很小，操作維護較煩瑣，易引起誤差。孔板流量計是根據流體通過安裝在管道中的流量檢測元件時所產生的差壓來測量流量的儀表[1]。目前是工業生產中用來測量氣體、液體和蒸汽流量最常用的一種流量檢測儀表。據調查統計，在整個工業測量鄰域中，差壓式流量計占流量儀表總數的一半以上，使用量一直居流量儀表的首位。其中用的最多的是由節流裝置和差壓計組成的節流式流量計[2]。

一、結構及設計原理

圖1為旋進式旋渦流量計的原理結構圖，當被測介質氣流或液流沿著軸方向流動的傳感器入口時，旋渦發生葉片強迫流體進行旋轉運動，于是在旋渦發生體中心產生旋渦流，旋渦流在文丘里管中旋進，到達收縮段突然節流使旋渦流加速，當旋渦流進入打一散段后，因回流的作用強迫進行旋進式二次旋轉。此時旋渦流的旋轉頻率與介質流速成正比并為線性。壓電傳感器檢測的微弱電荷信號經前置放大器放大、整形、濾波后變成頻率與流速成正比的脈沖信號，最后送單片機進行運算處理，得到流體的流量值。

圖1 旋進式旋渦流量計的原理結構圖

由旋進式旋渦流量計的結構特點及其計量原理分析，只要將流體通過旋渦發生體時產生的旋渦用旋渦傳感器檢測到與流體流量相對應的電脈沖信號，通過放大及整形后得到該信號的頻率值。根據用戶要求，該系統應具有的功能有累計流量和瞬時流量的顯示包括體積流量、質量流量和熱值之間的切換，現場溫度、壓力的顯示，電池容量的檢測等等。包括：

（1）瞬時流量和累計流量顯示。旋渦傳感器發出的信號，經過放大和整形，溫度、壓力信號經放大及心轉換后送入單片機處理，然后單片機將計算得到的瞬時流量送液晶顯示一件顯示，在瞬時流量的基礎，每隔一個設定的時間進行累加，得到現場累計流量，同時把退水數據送到液晶顯示器顯示。

（2）密碼設定。儀表的密碼分為制造商密碼和用戶密碼兩級。制造商在儀表使用前將儀表系數通過功能設定按鈕輸入儀表，通常這些常數是不能由用戶隨意改變的，因為它們關系到系統的正常運行和顯示正確的流量。

（3）現場壓力、溫度顯示。場壓力和溫度是經過單片機處理后得到的被測介質的溫度、壓力數據，通過該數據可以知道被測介質的工作情況，從而可以對天然氣流量必要補償。

（4）設定系統時鐘。儀表內部設置了日歷時鐘，對流量數據按日期進行不斷的儲存，便于對使用情況進行監控，方便用戶對自己的用量的了解。

（5）串口通信功能。流舉數據可以直接從液晶顯示器上面讀取。由于系統設置了外接數據接門即串口，可以方便的實現對系統數據的讀取，從而可以實現抄寫系統數據的自動化，節省大量的人力，甚至可實現遠程流量計量系統。

二、試驗結果與分析

本系統設計研究完成后，必須經過多次反復試驗，使儀表顯示的流量值與理論計算完全一致，同時系統的每項功能還必須按照設定的程序正常、可靠地工作[3]。試驗的基本思想是通過接收來自溫度傳感器的溫度信號和壓力，傳感器的壓力信號，查取片內程序存儲器中入然氣壓縮系數數據表格得到壓縮系數，單片機處理來白旋渦傳感器的領率信一號得到頻率值。

為剔除頻率信號的振動干擾和氣流擾動干擾，首先采用硬件電路的濾波方式，經多次試驗和反復電路調試，表明硬件濾波措施得當，效果良好。為適應如北方地區室外低溫環境，液晶顯示器必須能在低溫下穩定五作，正常刷新屏顯數據，所以有必要進行液晶顯示模塊的低溫試驗。試驗中是將液晶顯示模塊放入-25℃和-40℃的冷凍柜中，待60分鐘后取出，觀察其是否能在規定的時間內比如秒鐘正常刷新屏幕顯示數據。結果表明該液品顯示模塊能達到預期日的，完全能夠滿足實際需要。

三、結語

本設計研究完成的天然氣現場智能儀表，從日前用戶實際使用情況看，系統的設計研究達到了預期目的，從實驗室試驗研究到現場使用表明系統運行正常，能夠完成預足的各項功能，從儀表市場狀況與前景分析，旋進式旋渦流量計，占一定的市場份額，井且市場前景看好。