A7和稳定性的QWLJ系列智能气体涡轮流量计.docx

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A7和稳定性的QWLJ系列智能气体涡轮流量计

一种采用多项高新技术提高可靠性和稳定性的QWLJ系列智能气体涡轮流量计

流量仪表广泛应用于各种工业领域、市政工程和科学研究；流量计的使用不仅提供了一种计量方式，还是提高管理水平，经济效益和改进产品质量的重要手段；也是一种评估节能降耗和可持续发展的重要科学依据。

一、几种计量天然气的流量仪表

天然气是一种重要的能源，用于目前天然气贸易结算的流量计量仪表主要有以下几种：

（1）孔板流量计

我国天然气计量中，目前运用最多的仍是在流量计量中占有主导地位的传统差压式流量计，用于贸易结算的大口径计量仪表中，几乎90%以上使用的是根据差压式结构原理而生产的国产仪表。

差压式流量计主要构件有标准孔板，直管段、导压管等，其检测文件已经标准化。

在严格按标准制造，安装和使用的条件下，当天然气计量现场工况条件不偏离计量标准要求时，测量误差的大小不会超过《SY/T6143-1996天然气流量的标准孔板计量方法》标准给出的范围，且无须进行实流检定，也能在已知的不确定度范围内进行流量计量。

这种流量计的主要特点是结构牢固，性能稳定，使用寿命长；检测元件和变送器，显示仪表可分别由不同厂商供应，便于规模生产。

缺点主要有：

测量精度比较低、量程比较小，一般仅为3:

1~5:

1现场安装条件要求较高、压损大，整套系统部件多、价格高、节流元件容易磨损、维护成本高，因而多用于大流量计量中。

（2）气体涡轮流量计

气体涡轮流量计结构简单，紧凑，量程比一般可高达15:

1至30:

1，准确度同，重复性好，反应迅速，压损小，无零点漂移抗干扰能力强，但安装使用要求较高（表前需安过滤器和整流器，要求轴承耐磨性高）。

普通气体涡轮流量计工作原理：

当气体流经涡轮体时，气体推动螺旋型叶轮旋转，叶轮上装有铁磁元件，壳体上装有磁路，叶轮旋转引起磁路中的磁阻的周期性变化，并在磁路中的感应线圈产生近似正弦波的电信号，在涡轮仪表规定的流量范围内，脉冲信号的频率与流速成正比。

涡轮流量计和容积式流量计，科里奥利质量流量计被认为流量计中三类重复性，精度最佳的产品。

在欧洲和美国、涡轮流量计使用量上是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表。

由于具有完备的规范，是天然气法定计量器具。

在国内外涡轮流量计是中小口径天然气计量的首选产品。

一般国产涡轮流量因其结构设计，材料选用，加工工艺和精度的原因，轴承和叶轮容易磨损，使得仪表不能保持校准特性，并且流体物性对流量特性有较大影响。

（3）容积式流量计

天然气计量中的容积式流量计主要有气体腰轮流量计和旋叶式流量计。

这类流量计结构复杂、零部件多，转子和壳体间的间隙很小，是一种定排量流量计。

这类流量计计量天然气时精度是最高的，量程比可高达1:

50至1:

80，安装管道条件对计量精度没有影响。

缺点是体积较大，价格昂贵，不适用于温差较大的场所，而且天然气一定要十分干净，万一腰轮被介质中的杂质卡住，就意味着切断了气源。

（4）涡街流量计及旋进旋涡流量计

涡街流量计的工作原理：

在流体管道内插入一根非线性的柱状物（一般为三角柱），当气体流经并达到一定雷诺数范围内，柱状物的下游即产生两列不对称而有规律的交替旋涡，旋涡的频率与流速成正比，通过检出器，放大和转换器可获得流体的流量。

旋进漩涡流量计工作原理：

当气体沿着轴向进入流量计入口时，遇到螺旋锥体强迫流体旋转形成漩涡流，再经后部文丘里管旋进，节流、加速，在中心轴线处形成高速旋转的涡核，到了扩散器因压力的变化产生回流，使涡核转折偏离轴线，形成锥旋线进动。

检测点的螺旋漩涡进动频率与流速在较宽的（相比渴街流量计）流量范围内成正比，信号经过放大整形和处理即可得到流体的流量。

涡街流理计无可动部件，结构简易、量程比一般可达1:

10，使用温度范围宽。

旋进旋涡流量计也无可动部件，量视比可达1：

15，而且其自身压损大，管线输送的能量损失大，

国产上述二种仪表普遍抗干扰能力差，不适合有振动干扰的管网，抗电磁干扰能力也差些，贸易计量的准确比较低，故其在天然气贸易计量中很少使用。

（5）超声波流量计

超声波流量计是通过检测流体流动对超声波的作用来测量流量的仪表。

这是一种新型速度式流量计。

这种流量计（尤其是新型多声道式）优点很多：

准确度高达0.5%，量程范围宽，一般为1：

30，大口径流量计可达100:

1以上，无压损，对管路特性基本无干扰，无可动部件，坚固耐用，可干校。

维护成本低。

缺点是价格昂贵，只适合大中口径，对上下游直管段长度有严格要求（前直管段10D，后直管段5D，一般要求前方50D内无泵，前方30D内天节流阀）。

二、OWIJ系列智能气体涡轮流量计是由本公司设计中心在广泛比照国内外同类产品的基础上，历经5年的攻关，且引进部分国外先进技术研制成功的，并在2004年投入了批量生产。

该系列仪表品种覆盖比较全面，用户适用范围宽；流量计口径从DN25至DN400组成十个规格，可以适用5m3／h到9000m3／h的各种量程范围。

填补了国内空白。

该系列仪表具有可靠性高、压力损失小、准确度高、始动流量低、抗振与抗脉冲流性能好、量程比宽等特点。

1、采用新型结构

为在流速变化大的情况下保持计量的准确性和可靠性，设计了一种专利整流技术。

这种流体进口处的整流结构能有效的控制流径流量传感器气体的流动平稳性；在安装条件不理想的工况条件下（前直管段≥2D，后直管段≥1D），也能确保仪表的计量准确度。

整流结构是流线型的，它不会增加压力损失，也不会恶化始动流量低的特点。

选用特种航空轴承，开发了一种专利防尘结构；这种设计除了能有效防止介质中的杂质进入轴承造成磨损和卡死现象外，还能结合整流技术减轻管道操作不当引起的流体冲击对仪表的损害。

该系列仪表全部采用铝合金叶轮，精密数控机床加工，抗氧化工艺处理；一致性好、强度高、耐腐蚀、抗老化、重复性好。

每个叶轮都进行静平衡和动平衡试验，可以确保高速运转条件下的系统平稳性。

这些工艺可以保证在结构上仪表的运行准确度较高，稳定性好，使用寿命长（参见ZL03276681.5一种气体涡轮流量计专利）

设计一种新型磁阻式微功耗高灵敏流量传感器，这种传感器比普通机械磁耦合计数方式和普通磁电式计数方式有更低的流量不限。

2、电路采用一体型微功耗双电源三重隔离技术

该系列仪表的电路核心选用美国TEXASINSTRUMENTS公司的MSP430F436IPN工业级微功耗单片MCU。

这款单片机在一片芯片上集成了A/D、D/A、I/O、LCD驱动，RAM和FlashMemory器件，使得系统中外围元件比较简练，可以方便的将温度传感器、压力传感器、流量传感器，处理和显示电路整合在一个比较小的空间构成一体化结构。

由于这款MCU的数据总线，地址总线都用大规模集成电路工艺整合在一片芯片内，总线不外露，因而在工业环境中的抗干扰能力非常强。

整套电路全部由微功耗工业级元件组成，设计中采取分时供电原则，这样电路的功耗非常低；稳态电流不大于45uA，一节锂电池可以使用5年，是目前国内外同类仪表功耗最小的。

该系列仪表由三套不同的供电系统供电：

内部锂电池供电时可以提供和外部IC卡接口的功能；三线制时由外部DC24V供电时可以提供RS-232C／RS-485通讯及0～1KHZ标准脉冲输出；二线制供电时可以提供标准DDZ-III的4～20mA电流信号。

这三种电源各为模块、相应隔离，耐压高达DC1KV，远远高于DC500V的仪表耐压标准。

而且对于电池供电输入端，其供电范围按照DC2.8V～DCl0V设计，在±24V长期误接时不产生损伤，可以抗±500VDCloms的强电磁冲击。

对于三线制和二线制供电输入端，可以抗±500V10ms的强电磁冲击；这二者的供电端对机壳的耐压达1KVDCl分钟，也远远高于DC500V的仪表耐压标准。

这种严格可靠的电磁兼容设计可以保证仪表在恶劣环境中稳定运行。

3、改用高可靠超宽温液晶显不技术

仪表初期设计时选用和通常国内外仪表一样的液晶显示方式：

液晶屏和驱动电路联结为导电橡胶，液晶用-30℃至60℃的宽温工艺，不带背光。

样机试验和小批量用户试用发现以下问题：

（1）、经过500次极端高低温（-30℃至60℃）循环试验后，导电橡胶弹性发生变化导致接触不良，显示字符清晰度有所下降。

（2）、某些户外输气管道在夏天烈日下，温度可高达60℃～70℃，致使液晶屏显示字符淡化严重时甚至无显示。

当温度超过80℃时将造成液晶屏不可逆转的损坏。

（3）、在光线较暗场合尤其晚上从液晶显示屏上抄表比较困难。

针对上述设计的不足，改用引进国外的先进高可靠超宽温半透液晶显示技术，这种液晶屏适用环境温度为-30℃至80℃，在76℃高温时仍可清晰读数，超过78℃时显示才淡化，超过90℃才失效。

液晶屏引脚全部为针式焊脚，与驱动电路为焊接联结，电路驱动十分可靠。

为背光板设计了程序可调式背光调节，保证黑暗场所仪表显示的对比度。

4、完善的输出接口及保护

该系列仪表输出接口比较丰富，在三种供电状况下都可以在液晶显示屏上读出实时的温度值、压力值、瞬时流量值和标况累积值。

在电池供电时可以输出0.1m3／个或1m3／个标准脉冲；可以输出内部电池容量偏低（电池由DC3.6V降至DC2.8V）报警电平，还具有一个内部电池电压测量端口。

前二者的端口可以抗±30V冲击和误接，以阻止误接电源引起的损坏。

后者有保护电阻，防止测量时操作失误对电池放电。

三线制供电的脉冲输出端口可以由菜单选择0～1KHZ标准频率信号还是流量传感器整形的直接流量脉冲，以方便仪表的标定。

这个端口也可以抗±30V冲击和误接，和上述二个端口一样内部都有抗DC500V10ms的保护电路。

二线制供电时的电流输出端口除了能抗DC500V10ms的强电磁冲击外，还能满足持续高达800VDC的反向电压误接。

RS-485通讯总线具有瞬变电压抑制功能，能防雷击和抗静电放电冲击，满足和超过EIARS-485和ISD/IEC8482：

1993（E）标准。

可以抗静电放电电压：

I．所有总线引脚8000V（3A级）。

II．所有引脚1200V（3B级）。

并且RS-485通讯总线与机壳、电池供电系统，三线制供电系统及二线制供电系统相互隔离，其绝缘电压高达DC650V。

这在国内外同类仪表的设计中是十分少见的，极大地提高仪表运行的安全性和可靠性。

5、方便用户的智能化设计

本系列仪表面板上除在液晶屏下方设置四个微型键进行仪表技术参数的设置和修改外，面板上还按装有微功耗（待机功耗2μA）红外数据输入元件，用户可以不打开前盖，用红外遥控器操作技术参数的设置和修改，这样提高了仪表的密封性；在防爆场合更提高了安全性和操作的便捷性。

仪表具有不少于5次的上电、断电记录。

便于用户分析仪表的使用状况。

仪表显示可以360。

转动，方便在各种安装方式下读数。

仪表具有即时断电保存数据的能力，而以前的设计是5~10分钟存贮一次，这在大流量状况下运行意义很大。

仪表带信号输出校验功能：

可输出4、8、12、16、20mA的±0.25%标准电流信号和0、250、500、750、1000HZ占空比为50%的±0.25标准脉冲，这样可简化系统的校验。

6、绿色环保概念

目前同类国内仪表在使用内电池供电时，其稳态电流为150~200μA左右，机内需2节1.3Ah的锂电池才能运行5年。

我们的机内电池工作时，其稳态电流控制在45μA，1节1.3Ah的电池足可以达到目标，这减少了用户的成本也减少了电池对环境的污染。

目前公司采用ROHS工艺，全面采用无铅环保物料，积极响应当前的可持续发展。

三、QWLJ系列智能气体涡轮流量计的使用。

1、正确选型：

选好流量计的型号、口径是用好流量计的关键

QWLJ系列流量计的最基本组成是内部电池供电的一体化结构，它适用于用户仅需从仪表的面板抄数的场合。

由于没有外输信号线和外部供电电缆，因而密封性最好，可靠性最高，销售价格也最便宜。

当使用时温度或压力几乎恒定，可以选用不带温压补偿电路的产品以节约投资。

注意流量计的口径能覆盖使用中最低和最高的流量时，在压损允许的情况下，应尽量选用小口经。

（见使用说明P5和P6）

2、正确施工和安装（见使用说明P7）

3、其它注意点：

（1）外输信号时选型和电缆的选用。

（2）供电电源的要求。

（3）防爆场合对仪表的要求（选型、修改设置、红外遥控器的选用）

（4）电磁兼容与防雷

附录：

1、专利复印件；

2、产品使用样本；

3、相应标定证书和数据。

浙江罗托克测控设备有限公司

2008年5月10日