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詳細(xì)介紹
食用油流量計-江蘇鼎升儀表有限公司
一、食用油流量計概述：
DS-WYLWGY渦輪流量計是一種精密流量測量儀表，與相應(yīng)的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。液體渦輪流量計廣泛用于石油、化工、冶金、科研等領(lǐng)域的計量、控制系統(tǒng)。配備有衛(wèi)生接頭的液體渦輪流量計可以應(yīng)用于制藥行業(yè)。
二、如何提高食用油流量計測量精度：
當(dāng)下，無論是工業(yè)還是農(nóng)業(yè)用水都需要借助流量計測量所得數(shù)據(jù)為參考，那么流量計的精準(zhǔn)度顯得尤為重要了，流量計在使用階段也面臨著不同的穩(wěn)定，精度系數(shù)指標(biāo)偏低是比較普遍的現(xiàn)象，這一問題會影響到終的水分配效率。根據(jù)測量流量計工作者的工作經(jīng)驗，影響流量計使用精度因素包括：人員因素、儀表因素等。
1、儀表因素。
隨著工業(yè)科技研究成果深化發(fā)展，流量計儀表產(chǎn)品類型更加多樣式，僅從流量儀表劃分來看，流量計可分為電磁流量計、渦輪流量計，節(jié)流式流量計、細(xì)縫流量計、容積流量計、超聲波流量計和堰等。若按介質(zhì)分，主要有液體流量計、氣體流量計。每一種流量計使用范圍各不相同，若選擇儀表產(chǎn)品不符合實際應(yīng)用要求，整體測量之后必然會降低所得數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，流量計精度標(biāo)準(zhǔn)的不確定性，大大影響了儀表操作使用的精準(zhǔn)性。
2、人員因素。
作為工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、能源計量等操作中的專業(yè)儀表，流量計使用對操作流程具有專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，而測量人員操作流程不規(guī)范、不專業(yè)、不統(tǒng)一，則是降低流量計算數(shù)據(jù)精度的主觀因素。以水利測量為例，勘測人員設(shè)定儀表位置、測量范圍等操作失誤，誤導(dǎo)了計量儀表的測控流程， 終所得數(shù)據(jù)與實際測量指標(biāo)存在很大的差異性。此外，人員對儀表熟悉而盲目地操控，也降低了儀表精度。
接下來重點講解一下如何提高渦輪流量計的計量準(zhǔn)確性。
1、正確確定流量計使用的場所及規(guī)格。
由于渦輪流量計渦輪慣性的存在，在流量波動頻繁的場合不宜使用，否則會降低計量精度。要比較準(zhǔn)確地估計用氣量的峰谷值和介質(zhì)的壓力情況，正確確定流量計的規(guī)格。
2、渦輪流量計安裝要求
·氣體渦輪流量計前必須安裝過濾器；應(yīng)保持過濾器暢通，若發(fā)現(xiàn)過濾器堵塞（可憑過濾器進(jìn)出壓差來判斷）時，應(yīng)及時對過濾器進(jìn)行清洗，若未配差壓計的每月清洗一次。
·要保證直管段的要求，尤其是表前有縮徑或半開閥門的情況。
·安裝時，密封墊不得突入管道中，流量計與管路軸線目測不得有明顯偏差，不得產(chǎn)生安裝應(yīng)力。
·安裝時一定要清掃干凈管道內(nèi)的所有雜質(zhì)，以防軸承和渦輪卡死。
三、食用油流量計硬件設(shè)計：
流量計采用總線供電 , 即流量計儀表表頭的工作電流要從 4 ～ 20 m A的總線上截取 , 且流量計儀表表頭的工作電流必須小于 4 m A, 否則無法調(diào)整儀表的零點輸出 。
功耗問題是流量計儀表表頭設(shè)計的難點之一 。解決這一問題的主要方法是用兩個隔離的電源對流量計表頭進(jìn)行供電, 即采用 DC/DC模塊, 使兩個電源在 4 ～20 m A的總線上串聯(lián)工作 , 由 DC/DC模塊隔離輸出端分擔(dān)部分功耗負(fù)載 , 確保 4 ～ 20 m A總線環(huán)路上的電流功耗小于 3.5 m A。這樣不僅解決了功耗問題 , 而且還提高了流量計的工作穩(wěn)定性 。此外 , 流量計表頭均選用低功耗的核心元器件 , 以降低整機功耗 。
流量計儀表表頭設(shè)計的難點之二是流量計儀表表頭 HART通信信號的穩(wěn)定性和可靠性問題 。要解決這一問題 , 首先 , 在功耗允許的情況下提高 CPU的運行速度 , 有效利用 CPU的資源 , 從而提高軟件的運行效率 ;其次是采用 HART成熟 的通信濾波電路 , 確保HART通信的穩(wěn)定性 、可靠性和抗干擾能力 。因此 ,CPU選用 C8051F020。
C8051F020系統(tǒng)功耗低 , 工作電壓范圍為 2.7 ～3.6 V, 具有多種節(jié)電和停機模式 ;C8051F020 具有與高速流水線結(jié)構(gòu) 8051兼容的 CIP-51內(nèi)核 (運算速度可達(dá) 25 MIPS), 在同等條件下 C8051F020的運行速度比 C51的運行速度快 20倍 ;而且 , C8051F020具有可同時使用的 SMBus(I2CTM兼容 )、SPITM和兩個 UART串口 , 其 SPI口與外設(shè)交換數(shù)據(jù)能大大減少軟件開銷 , 提高 CPU的工作效率[ 3]。另外 , 可充分利用 C8051F020豐富的片內(nèi)資源 , 使整個流量計表頭電路更加簡潔可靠 。 C8051F020內(nèi)含可編程增益和可編程轉(zhuǎn)換速率的12位 快 速 A/D, 可 用 于 采 集 溫 度 和 壓 力 信 號 ;C8051F020還具有可編程的 16位計數(shù)器 /定時器陣列 , 可用于當(dāng)量脈沖的輸出 ;另外 , 它還具有 64 k B的Flash存儲器 、4 352 B的 RAM、片內(nèi) JTAG調(diào)試和邊界掃描 , 軟件調(diào)試十分方便 。
渦輪流量計表頭主要包括核心控制器件 C8051F020、流量脈沖信號采集模塊 、HART模塊 、脈沖輸出模塊 、累計流量存儲模塊以及顯示和鍵盤處理模塊 。系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖 1所示 。
圖 1系統(tǒng)硬件框圖
1.1、流量脈沖信號采集：
渦輪流量傳感器采用重慶耐德工業(yè)股份有限公司自主研制的渦輪流量傳感器 。當(dāng)液體流過傳感器時 ,傳感器產(chǎn)生脈沖信號 。該脈沖信號經(jīng)信號調(diào)理電路放大整形后送到單片機的計數(shù)器 T0口[ 4]。 T0設(shè)置為脈沖下降沿計數(shù)方式 , 對流量脈沖信號進(jìn)行計數(shù) , 并采用16位定時器 T3設(shè)定查詢周期 。一到查詢周期 , 系統(tǒng)就響應(yīng)中斷 , 在 T3中斷內(nèi)讀取 T0的計數(shù)值 , 從而計算出瞬時流量 、單次累計流量和總累計流量[ 5]。
1.2、HART模塊：
HART協(xié)議通信模塊主要由 HART調(diào)制解調(diào)器HT2012和 D/A轉(zhuǎn)換器 AD421及其外圍電路實現(xiàn) 。
HARTMODEM采用 Smar公司的 HT2012, 它是符合 Bell202標(biāo)準(zhǔn)的半雙工調(diào)制解調(diào)器，用于實現(xiàn) HART協(xié)議規(guī)定的數(shù)字通信的編碼或譯碼。該芯片專為 HART儀器設(shè)計，片內(nèi)集成了符合 Bell202標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器、解調(diào)器、時鐘及定時電路、檢測控制電路，性價比較高。
AD421是單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主要由電壓調(diào)整器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流放大器組成。AD421由外接4 ～ 20 m A環(huán)路主電源供電，并為其他器件提供 3.0 V供電電壓 。
AD421通過串行接口接收現(xiàn)場儀表內(nèi)部 MCU傳送的數(shù)字信號，并轉(zhuǎn)換成 4 ～ 20 m A電流。HT2012則從 VIN-節(jié)點接收疊加在 4 ～ 20 m A環(huán)路上的信號，經(jīng)帶通濾波和放大之后進(jìn)行載波檢測。如果檢測到 FSK頻移鍵控信號，則將 IRXA節(jié)點上的 1.2 k Hz的信號解調(diào)為 `1'，將 IRXA節(jié)點上的 2.2 k Hz信號解調(diào)為 `0'，并通過串口通信 RXD0節(jié)點傳輸給 C8051F020。
C8051F020接 收命令幀 并作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理 ;C8051F020產(chǎn)生要發(fā)回的應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的數(shù)字信號由HT2012調(diào)制成相應(yīng)的1.2k Hz和2.2 k Hz的 FSK頻移鍵控信號，即節(jié)點TXD0到節(jié)點 OTXA的調(diào)制過程，并經(jīng)過發(fā)送信號整形電路進(jìn)行波形整形后，在 X0節(jié)點經(jīng)AD421疊加在環(huán)路上發(fā)送[ 6]。C8051F020外接 1.843 2 MHz晶振 , 4分頻后作為HART調(diào)制解調(diào)的時鐘信號源[ 7]。電路圖如圖 2所示 。
圖 2 HT2012電路、濾波電路與整形電路圖
1.3、脈沖輸出模塊：
脈沖輸出模塊主要由高速光耦隔離器和穩(wěn)壓電路構(gòu)成 。脈沖輸出采用控制 P1.4口的高低電平翻轉(zhuǎn)來實現(xiàn) ?？紤]到儀表安全性 , 流量計的脈沖輸出模塊均需要隔離保護 , 系統(tǒng)選用功耗低的高速 CMOS信號隔離器 , 連接單片機端由 AD421的輸出電壓供電 , 用戶檢測端由用戶供電 。由于用戶通常提供 DC12 V或 DC24 V電源 , 所以采用穩(wěn)壓管 Z1穩(wěn)壓 5 V給光耦的另一端供電 , 脈沖輸出電路如圖 3所示 。 圖 3中 , VW +、VW-為用戶提供的外接 DC12 V或 DC24 V電源輸入端 , Q1、Q2為三極管 。在脈沖輸出過程中 , 當(dāng) P1.4和P OUT為高電平時 , Q1導(dǎo)通 、Q2截止 , 節(jié)點 Pulse-O輸出高電平 ;當(dāng) P1.4和 P OUT為低電平時 , Q1截止 、Q2導(dǎo)通 , 節(jié)點 Pulse-O輸出低電平 。
圖 3 脈沖輸出電路圖
1.4、累計流量存儲：
為了存儲累計流量 、各個流量段的流量系數(shù) 、脈沖輸出當(dāng)量系數(shù)和流量量程等重要數(shù)據(jù) , 系統(tǒng)外擴了一個鐵電存儲器 FM24CL16。 FM24CL16的工作方式基于 I2C總線 , 它可與 C8051F020單片機硬件上的 SM-Bus兼容 。
1.5、顯示與鍵盤處理模塊：
顯示 模 塊 采 用 長 沙太 陽 人 有 限 公司 生 產(chǎn) 的SMS2411液晶屏 , 第yi行顯示 10位的總累積流量 , 第二行顯示 6位的單次累積流量與 3位的液體溫度 , 第三行顯示 5位的瞬時流量 。此外 , 顯示模塊還用于鍵盤設(shè)置時的各項提示 。鍵盤采用 4按鍵 , 直接與單片機的 P3口連接 , 并采用查詢方式 。當(dāng)查詢到有鍵按下時 , 執(zhí)行相應(yīng)功能 。鍵盤設(shè)置主要用于各個流量段的流量系數(shù) 、脈沖輸出當(dāng)量和流量量程的設(shè)置與查看 。
四、鼎升儀表的種類和性能簡介：
分類方法很多，根據(jù)不同原則可以對自動化儀表進(jìn)行不同的分類。我們根據(jù)實際生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集的不同特點，從以下幾方面對化工自動化儀表進(jìn)行分析。
1、溫度儀表?；どa(chǎn)的特點是在一定溫度和壓力下，使原料發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)或變化，因此，對于生產(chǎn)中的溫度控制是不可避免的。一般需要指示的溫度范 圍為-200～+1800℃，方式一般為接觸式測量。常用的儀器儀表是熱電阻、熱電偶。由于電子技術(shù)的發(fā)展特別是現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，熱電阻、熱電偶信 號直接進(jìn)入DCS或其它溫度采集儀表，一體化的溫度變送器（兩線制）等，使溫度控制實現(xiàn)自動化。
2、壓力儀表。壓力是化工生產(chǎn)中*的，沒有一定的壓力，反應(yīng)就會發(fā)生，生產(chǎn)就不能進(jìn)行。而因壓力往往關(guān)系到生產(chǎn)、設(shè)備和人身安全，因此，壓力儀表是非常關(guān)鍵的。一般壓力范圍為負(fù)壓到300Mpa（高壓聚乙烯反應(yīng)器）。
因為壓力的測量原理有多種，壓力儀表的種類也較多，有壓力傳感器、變送器和特種壓力儀表等，應(yīng)用的范圍有高溫介質(zhì)、脈動介質(zhì)、腐蝕介質(zhì)、粘稠狀、粉狀、易結(jié)晶介質(zhì)的壓力測量，精度可達(dá)0.1級。
為了測量不同場合的壓力，壓力表可分為：液柱式、彈性式、活塞式（壓力校驗儀）3類。作為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)除采用壓力變送器將信號送至DCS或其它調(diào)節(jié)器外，位移平衡式基地式調(diào)節(jié)器仍常用于現(xiàn)場測量和控制。
3、物位儀表。在化工生產(chǎn)中，往往需要對原料、半成品和成品的液位進(jìn)行測量，由于測量過程與被測物料特性關(guān)系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒有通用產(chǎn)品，按測量方式分為直讀式、浮力式、這方面的典型代表的產(chǎn)品有磁翻板液位計，玻璃板液位計等。靜壓式（差壓、壓力）、電接觸式、電容式、超聲波式、雷達(dá)式、重垂式、輻射式、激光式、音叉式、磁致伸縮式、矩陣 渦流式等，其中雷達(dá)式（0.3%）、磁致伸縮式（0.05%）以及矩陣渦流式液位計（±1mm）精度高，在石化行業(yè)的應(yīng)用逐步普及。
4、流量儀表。流量的測量是化工生產(chǎn)中多的控制環(huán)節(jié)，也是溫、壓、液（位）、流四大參數(shù)中內(nèi)容豐富的一個門類。我們所說的流量，不是一般的流速，是單位時間內(nèi) 流經(jīng)有效截面的流體的體積和質(zhì)量，有時還要測量管道中一段時間內(nèi)流過的累積流體的體積和質(zhì)量（流量積算儀）。由于不同條件下對流量測量的要求不同，有大口 徑流量、微小流量；高、低溫介質(zhì)的流量；高粘度介質(zhì)強腐蝕介質(zhì)的流量；粉料、粘污介質(zhì)的流量；脈動流、多相流等流量。
流量測量原理上大致分有速度法、容積法測量體積流量，直接法、推導(dǎo)法測量質(zhì)量流量。實際上細(xì)分有節(jié)流式或壓差式（孔板、噴嘴）、速度式（水表、渦輪、靶式、電磁流量計、超聲波流量計、渦街、質(zhì)量流量計等）。
5、在線過程分析儀。現(xiàn)代化工生產(chǎn)自動化需要全部的工
藝參數(shù)的自動化測量與控制，因此，生產(chǎn)過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證，只是間接保證終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的質(zhì)量合格，而對過程中物料成 分直接分析和對終產(chǎn)品的成分分析是生產(chǎn)過程控制成功與否的根據(jù)，在線過程分析儀的應(yīng)用，可以實現(xiàn)化工生產(chǎn)控制和分析的*自動化。在應(yīng)用中，在線過程分 析儀往往要與高精尖分析儀器配套使用，一般包括液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發(fā)射光譜、電化學(xué)等分析儀器。
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