天然气现场智能旋进式旋涡流量计设计

王康 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司

温度、压力、流量是工业自动化领域的三人检测参数。作为液体、气体等流体流量计量流量计广泛用于化工、冶金、石油输送、天然气输送、民用水表、民用燃气表等方面。随着人们生产和生活的不断发展，在商业贸易和工业生产中，对流体的流量计量的需求在不断增长。传统的流量计主要包括压力损失较大的孔板流量计，喷嘴流量计及文氏里管流举计，主要缺点是测量范围很小，操作维护较烦琐，易引起误差。孔板流量计是根据流体通过安装在管道中的流量检测元件时所产生的差压来测量流量的仪表[1]。目前是工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流量最常用的一种流量检测仪表。据调查统计，在整个工业测量邻域中，差压式流量计占流量仪表总数的一半以上，使用量一直居流量仪表的首位。其中用的最多的是由节流装置和差压计组成的节流式流量计[2]。

一、结构及设计原理

图1为旋进式旋涡流量计的原理结构图，当被测介质气流或液流沿着轴方向流动的传感器入口时，旋涡发生叶片强迫流体进行旋转运动，于是在旋涡发生体中心产生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使旋涡流加速，当旋涡流进入打一散段后，因回流的作用强迫进行旋进式二次旋转。此时旋涡流的旋转频率与介质流速成正比并为线性。压电传感器检测的微弱电荷信号经前置放大器放大、整形、滤波后变成频率与流速成正比的脉冲信号，最后送单片机进行运算处理，得到流体的流量值。

图1 旋进式旋涡流量计的原理结构图

由旋进式旋涡流量计的结构特点及其计量原理分析，只要将流体通过旋涡发生体时产生的旋涡用旋涡传感器检测到与流体流量相对应的电脉冲信号，通过放大及整形后得到该信号的频率值。根据用户要求，该系统应具有的功能有累计流量和瞬时流量的显示包括体积流量、质量流量和热值之间的切换，现场温度、压力的显示，电池容量的检测等等。包括：

（1）瞬时流量和累计流量显示。旋涡传感器发出的信号，经过放大和整形，温度、压力信号经放大及心转换后送入单片机处理，然后单片机将计算得到的瞬时流量送液晶显示一件显示，在瞬时流量的基础，每隔一个设定的时间进行累加，得到现场累计流量，同时把退水数据送到液晶显示器显示。

（2）密码设定。仪表的密码分为制造商密码和用户密码两级。制造商在仪表使用前将仪表系数通过功能设定按钮输入仪表，通常这些常数是不能由用户随意改变的，因为它们关系到系统的正常运行和显示正确的流量。

（3）现场压力、温度显示。场压力和温度是经过单片机处理后得到的被测介质的温度、压力数据，通过该数据可以知道被测介质的工作情况，从而可以对天然气流量必要补偿。

（4）设定系统时钟。仪表内部设置了日历时钟，对流量数据按日期进行不断的储存，便于对使用情况进行监控，方便用户对自己的用量的了解。

（5）串口通信功能。流举数据可以直接从液晶显示器上面读取。由于系统设置了外接数据接门即串口，可以方便的实现对系统数据的读取，从而可以实现抄写系统数据的自动化，节省大量的人力，甚至可实现远程流量计量系统。

二、试验结果与分析

本系统设计研究完成后，必须经过多次反复试验，使仪表显示的流量值与理论计算完全一致，同时系统的每项功能还必须按照设定的程序正常、可靠地工作[3]。试验的基本思想是通过接收来自温度传感器的温度信号和压力，传感器的压力信号，查取片内程序存储器中入然气压缩系数数据表格得到压缩系数，单片机处理来白旋涡传感器的领率信一号得到频率值。

为剔除频率信号的振动干扰和气流扰动干扰，首先采用硬件电路的滤波方式，经多次试验和反复电路调试，表明硬件滤波措施得当，效果良好。为适应如北方地区室外低温环境，液晶显示器必须能在低温下稳定五作，正常刷新屏显数据，所以有必要进行液晶显示模块的低温试验。试验中是将液晶显示模块放入-25℃和-40℃的冷冻柜中，待60分钟后取出，观察其是否能在规定的时间内比如秒钟正常刷新屏幕显示数据。结果表明该液品显示模块能达到预期日的，完全能够满足实际需要。

三、结语

本设计研究完成的天然气现场智能仪表，从日前用户实际使用情况看，系统的设计研究达到了预期目的，从实验室试验研究到现场使用表明系统运行正常，能够完成预足的各项功能，从仪表市场状况与前景分析，旋进式旋涡流量计，占一定的市场份额，井且市场前景看好。