帶有HART通訊功能的金屬管浮子流量計應用

1 前言

      金屬管浮子流量計由于具有安裝方便、堅固可靠、耐高溫高壓、可以使用多種金屬材料制作等優點，所以廣泛應用于液體、氣體、蒸汽等介質流量的測量和自動控制系統中，特別適合應用于精細化工、化肥、石化、乙烯、冶金等行業的高溫高壓、易燃易爆、強腐蝕介質的測量過程。

      2 問題的提出

      浮子流量計制造廠家要求用戶準確提供介質參數，包括介質密度、粘度、溫度、壓力、流量范圍等，其主要目的是根據介質參數生產出能夠直讀刻度流量的流量計。

      根據德國工程師學會VDI/VDE3513標準，浮子流量計流量計算公式：

      其中：Q_f 為介質的質量流量；
               ∝（δ、Re）為流量系數；
               D_f 為浮子直徑；
               M_f 為浮子質量；
               g 為重力加速度；
               ρ 為介質密度；
               ρ_f為浮子密度；
               η 為介質粘度；
               δ 為浮子在測量管內的移動位置；
               Re 為Ruppel數，近似于Reynolds數。

      可以看到，當浮子流量計（M_f、D_f、ρ_f）確定之后，測量流量隨著介質條件的變化而發生變化。

      由于介質條件的變化，將帶來測量結果發生變化。這種測量結果的變化或者將流量計送回廠家重新標校、調整量程或使用者通過計算得到真正的測量值。

      另外，由于儀表使用過程中輸出信號偏離標準值時，也會給控制精度造成影響。例如：滿度時40Nm³/h對應電流輸出是20mA（理想值），由于各種原因，當電流信號輸出變為19.6mA 時，信號變化2%，對控制精度帶來很大影響。

      3 解決方案

      3.1 使用者通過計算或制作曲線圖方法進行介質條件變化的刻度換算。

      這種方法不足之處是對于液體密度變化特別是介質粘度變化對測量的影響很難完成，計算也很復雜，必須使用廠家提供的計算軟件。對于多個測量點進行換算更加繁瑣。

      3.2 使用者將流量計送回制造廠重新進行流量調整。

      這種方法不足之處是時間不好掌握，尤其是檢修時間緊張時，完成時間受運輸條件、制造廠家任務等影響。

      3.3 利用儀表帶有的HART通訊功能進行流量調整。

      KROHNE公司提供的KROVACAL軟件集成了浮子流量計選型、參數計算、HART接口、流量計測量模擬顯示等功能，使用Windows操作平臺，能夠對介質參數的任意變化進行計算，通過HART接口將計算結果傳送給現場的浮子流量計。另外，通過HART接口，可以檢測現場浮子流量計的電流信號，對電流信號偏差進行調整。這些操作在現場或控制室內就可以完成。

      3.4 利用手操器進行調整。

      原則上，使用通用的HART手操器可以對儀表的介質參數進行調整，但是，由于操作界面的不靈活，需要特殊的操作命令的原因，應用不是很方便。目前大多數HART手操器使用者只是用來調整電流信號輸出。

      4 應用

      以KROHNE公司生產的帶有HART通訊功能的H250和KROVACAL計算軟件為例。

      需要的硬件設備軟件：

      （1）裝有WIN95（或更高）操作系統的臺式機或筆記本電腦。
      （2）HART調制解調器
      （3）帶有HART功能的H250流量計。
      （4）KROVACAL計算軟件。

      KROVACAL軟件的操作非常簡單，按照幫助文件和提示窗口就可以操作。

      5 結束語

      隨著自動化系統控制精度越來越高的要求，特別是隨著帶有HART或現場總線功能儀表應用的逐漸普及，帶有現場總線或HART功能的金屬管浮子流量計也將越來越受到用戶的青睞。