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德国VSERS100流量计制造电磁流量计等节点设备和站内PC机间的通信采用异步串行通讯控制规程,并采用地址位唤醒握手协议.因此在协议中规定了传地址和传数据两种不同的帧格式,如图4.4所示.地址帧和数据帧都有11位,其中第l位和最后l位相同,分别为起始位和停止位,紧接起始位的是8位数据位,第9位为标志位,用来区分所发送／接受的帧信息是地址帧还是数据帧.第9位为1时,表示PC机发送/接受的是“地址帧"：第9位为0时,表示主机发送/接受的是"数据帧".命令帧与校验和的发送格式与数据帧相同,因此可由数据帧演化得到.蒸汽流量测量从测量技术上分为两类:一类为过热蒸汽和高干度(干度x=0.9以上)的饱和蒸汽;另一类为低干度饱和蒸汽.前一类可以作为单相流体处理,而后一类则为两相流。由于目前所有的流量计只适用于单相流体,因此,低干度饱和蒸汽尚需进行深入研究。 常用的流量计有： 差压式流量计。该流量计目 前仍是测量蒸汽流量的主要仪表,为适应需要在技术上也有了新的发展.比如把节流装置. 差压变送器及三阀组组成一体式节流流量计，该流量计解决了差压信号管路易出故障的缺点.还有采用定值节流件,用标准喷嘴代替标准孔板,因为喷嘴和孔板相比较,喷嘴的流出系数稳定，不会因为边缘锐角变钝使流出系数发生变化,压损也比孔板低,一般在同样流量及值(孔板孔径与管道直径之比)时,压损为孔板的 30%～50%。 涡街流量计测量中温,即 200℃以下应用于蒸汽测量已趋于成熟,是目 前用于蒸汽测量的常规流量计.但是,应注意低干度介质将使其仪表系数偏离检测值而增大测量误差。 均速管流量计.分流旋翼式流量计一般在准确度要求不太高的内部管理分配上应用,主要是因为使用方便,价格便宜.通常适用于中小流量蒸汽的测量。 应变式新型靶式流量计,其结构由测量管.靶板.力传感器. 信号处理单元组成.力传感器为应变计式传感器,信号处理显示可以就地直读显示或输出标准信号.力传感器由筒式弹性体和力应变片组成,可以是内贴式和外贴式两种.当弹性体在力作用下发生形变时,它破坏了由力应变片组成的电桥的平衡,产生与流量成平方关系的电信号.其工作原理是在恒定截面直管段中设置—个与流束方向相垂直的靶板,流体沿靶板周围通过时,靶板受到推力的作用,推力的大小与流体的动能和靶板的面积成正比。在一定的雷诺数范围内,流过流量计的流量与靶板受到的力成正比.靶板所受的力由力传感器检出。 靶板受力经力转换器转变成电流信号(4～20)mA或气压信号(20~100)kPa输出,输出信号与流量的关系可根据计算公式确定.这种应变式新型靶式流量计在蒸汽测量中具有比较优越的应用前景,适用于中小流量蒸汽的测量。1.Modbus通讯协议概述 Modbus协议是应用于金属管浮子流量计电子控制器上的一种通用协议。通过此协议，控制器相互之间控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控,减少了人力成本，提高了生产效率。 Modbus协议采用主从工作方式，允许一台主机和多台从机通信,每台从机地址由用户设定，地址范围为1~255。通信采用命令,应答方式，每一-种命:令帧都对应一-个应答帧。命令帧由主机发出，所有从机都将收到报文,但只有被寻址的从机才会响应命令,返回相应的应答帧。如果命令帧中寻址地址为0,则视为全局广播,所有从机把它当一条命令执行,不返回应答帧。 2.Modbus网络通讯传输模式 Modbus网络通讯可以设置为两种传输模式:ASCII模式或RTU(RenoteTeminalUnit)模式。笔者介绍的流量计采用的是RTU模式。RTU模式主要优点是:在同样的波特率下可比ASCII方式传送更多的数据。 RTU模式中字节的格式如下: 编码系统:8位二进制，十六进制0-9,A-F。 数据位:1个起始位;8个数据位;奇/偶校验时1个停止位,无奇偶校验时2个停止位。 错误校验区:循环冗余校验(CRC)。 开始和终止都需要至少35个字符时间的停顿间隔。 3.Modbus功能码 Modbus定义的功能代码范围为1~127,不同功能的设备往往只使用其中的一部分。在主机要求传输中,功能代码告诉从机要执行一一个什么动作。在从机响应传输中，如果从机发送的功能代码与主机发送的功能代码相同,则表明从机已执行所要求的功能;如果不同则表明从机没有执行所要求的功能，返回了一个错误信息。 金属管浮子流量计设计在通讯过程中用03H(读取内部寄存内容和10H（刷新多个寄存器内容）两个功能。德国VSERS100流量计制造 气体涡轮流量计中涡轮结构有焊接式和整体式,焊接式涡轮将叶片和轮毂焊接,整体式涡轮利用先进的CAD/CAM技术和数控加工技术直接加工成型。叶片型式主要有平板式和螺旋式,平板式叶片主.要应用于大外径焊接式涡轮,而螺旋式叶片应用较为广泛;材料主要有铝合金和不锈钢,铝合金与不锈钢相比具有自重较轻,工艺性好等特点;涡轮平均直径受流量计流通管径即型号的限制,可作为定参数处理;叶片数量选取主要考虑重叠度对仪表性能的影响,---般取13~20;叶片角度直接影响气体介质.对其产生驱动转矩的大小，气体介质对涡轮的驱动转矩公式为 式中:Td为驱动力矩,N.m;fd为周向驱动力,N;u1为介质入口速度,m/s;ɷ为涡轮角速度,rad/s。 综上述所述,采用整体式叶轮结构,螺旋型叶片，叶片数量为20。对于螺旋型叶片,需要确定叶片的螺旋角,根据式(2),要得到最大推动力矩,叶片螺旋角应为45°,但力矩公式是根据叶栅绕流计算得到,难免会和实际工况有所偏差。参考常用叶片角度,选取35°.45°和55°螺旋升角涡轮作为实验对象,气体涡轮流量计涡轮结构参数如图2所示。按照热式气体质量流量计安装方式的不同，可以分为插入式和管段式热式气体流量计。插入式流量计(一般有两部分组成：检测探头和转换器)一般采用法兰盘安装或其他方式安装，将测量探头插入待测流体管道内，通过转换器部分对检测探头部分采集的信号进行处理，按一定的关系换算成实际流量并通过表头显示。插入式流量计在大、中型管道以及特大型管道的流量测量上，相对于管段式流量计有着一定的优势。管段式气体流量计，将测量探头部分固定在一段标准管道内，在使用时，必须要在实际流体管道上转接上标准管道，分布式热式流量计多采用这种方法。 按流量计检测变量的不同，将之分为恒定温差型和恒定功率型流量计。恒温差型流量计是指，随着流体的流动，测量探头上热量散失，系统以一定的功率对测量探头进行加热，维持两个探头恒定的温度差(比如 100 摄氏度)。恒定功率型是指以某一恒定的功率对测量探头加热，流量为零时两个探头的温度差为某一温度差值(比如100摄氏度)，随着流量的变化，两个探头的温度差值发生变化，使流量与温度差值之间体现一定的关系，以此为依据而设计的流量计。 按照热源作用位置的不同，将热式气体质量流量计归结为热分布式和热耗散式两大类。热耗散式流量计采用的是热力学中的金氏定律，因此又称为金氏流量计。热分布式流量计利用气体流动传递热量，改变被测量管道上的温度分布情况，主要应用在微小流量的洁净气体测量和精细制造工艺的过程控制等。容积式流量计主要用来测量不含固体杂质的高粘度液体，例如油类、冷凝液、树脂和液态食品等粘稠流体的流璧，而且测量准确，精度可达士0.2%，而其他流量计很难测量高粘度介质的流量。椭圆齿轮流量计是最常用的一种容积式流量计.如图3-13所示。1.工作原理 椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个互相啮合的椭圆形齿轮A和B以及轴、壳体等组成。椭圆齿轮与壳体之间形成测量室。如图3-14所示。 当被测流体流经椭圆齿轮流量计时，由于要克服仪表阻力必然引起压力损失，从而在其人口和出口之间产生压力差 . 在此压力差的作用下，产生作用力矩使椭圆齿轮连续转动 . 由于 P1>P2，P1、P2共同作用产生的合力矩使A轮顺时针转动. 而B轮上的合力矩为零，此时A轮带动 B 轮顺时针转动.A为主动轮.B为从动轮. 在图3-14(b) 所示中间位置时，A轮和B轮都为主动轮.在图3-14(c)所示位置时，A轮上的合力矩为零，而B轮上的合力矩最大.B 轮逆时针转动，此时B为主动轮 .A 为从动轮。如此循环往复，将被测介质以椭圆齿轮与壳体之间的月牙形容积为单位，依次由进口排至出口。椭圆齿轮流量计旋转一周排出的被测介质体积量是月牙形容积的 4 倍。椭圆齿轮流量计的体积流量Q为:Q=4nv2(3-7)式中:n为椭圆齿轮的旋转速度;V2为椭圆齿轮与壳体间形成的月牙形测量室的容积。2.使用特点 椭圆齿轮流量计适用于洁净的高粘液体的流量测量，其测量精度高，压力损失小，安装使用方便，可以不需要直管段。但被测介质中不能含有固体颗粒，更不能夹杂机械物，否则会引起齿轮磨损甚至损坏。所以为了保护流量计，必须加装过滤器。 椭圆齿轮流盘计在启用或停运时，应缓慢开、关阀门，否则易损坏齿轮，另外，流量计的温度变化不能太剧烈，否则会使齿轮卡死。1.上电前,再次检查流量计供电及信号接线,并确认接线端子,螺丝拧紧，没有松动现象。2.电磁流量计上电,检查二次表液晶屏数值显示是否正常。然后按照第四节进行参数设置。3.参数设置完成后,开始时管道里并没有污水流过,这时流量计二次表应该显示空管报警,同时显示设备位号、量程、瞬时流量为0、量程进度条为空、累积量为0。4.检查自控系统信号是否与流量计二次表显示一致。5.检查管道、阀门及其它装置是否具备进水条件.如果具备进水条件,通知上游来水。按照3个流量值进行标定：50m³/h、100m³/h、150m³/h。上游来水通过调整外派水泵频率,并在出水流量计上尽量接近要求流量值,然后等进水稳定确认无气泡后,开始检查数值是否准确,如果数值基本符合并在工艺要求误差允许范围内,则标定完成.如果误差较大,则需要查明原因：●管道是否有泄露●流量计一次表安装是否有问题●流量计接地是否良好●周围是否有干扰源●一次表与二次表接线是否紧固●信号线屏蔽是否接地●确认一次表与二次表是否配套●重新确认参数设置，并进行微调,比如小信号切除等6.设置完成后，根据装置实际情况,将流量计投入使用。在投入使用前将调试过程中产生的累积量清零,确保自控系统累积量与现场二次表头显示一致,方便后期核对数据。1.计量原理 流体通过涡轮流量计时，流速被转换为涡轮的转速，转速再被转换成与流量成正比的电信号，最后在计数器上进行显示和累计。目前，绝大多数涡轮流量计都为一体化智能流量计，除上述机械计量部分外，还包括1台体积计算仪，依据实测工况流量、取压口实测压力、测温口实测温度及内部设定的一些固定参数进行计算，将工况体积转换为可贸易交接的天然气体积，其原理如图1所示。2换算原理2.1工作条件下的体积流量计算实用公式工作条件下的体积流量计算实用公式如式(1)所示：式(1)中，qf为工作条件下的体积流量，m3/s；f为输出工作频率，Hz，由频率计采集；k为系数，m-³，可按流量计铭牌给定值。2.2标准参比条件下的体积流量换算实用公式标准参比条件下的体积流量换算实用公式如式(2)所示：式(2)中，qn为标准参比条件下的体积流量，m3/s；pf为工作条件下的绝对静压力，MPa；pn为标准参比条件下的绝对静压力，MPa；Tn为标准参比条件下的热力学温度，K；Tf为工作条件下的气体绝对温度，K；Zn为标准参比条件下的气体压缩因子；Zf为工作条件下的气体压缩因子。 工作条件下的压力和温度的准确度取决于测量仪表。标准参比条件下的绝对静压力为101.325kPa，热力学温度为293.15K。输出工作频率由频率计采集得到。在不考虑涡轮流量计测量误差的基础上，研究范围可进一步缩小，可主要从天然气组分对计量的影响和脉动流对计量的影响两方面进行研究。
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