Вихревой расходомер Rosemount 8800 с адаптивной ... · 2020-02-28 · Технические примечания 00840-0207-4004, Ред. AA Rosemount

Технические примечания00840-0207-4004, Ред. AAИюнь 2009 г.

1

Rosemount 8800

ВВЕДЕНИЕПоявление вихревых технологий призвано повыситьнадежность приборов, снизить затраты на их установкуи предоставить широкий спектр высокоточныхизмерений расхода жидкостей, газов и пара.Однако традиционная конструкция вихревыхрасходомеров имеет ряд недостатков, средикоторых встроенная отсечка малого расхода иснижение точности измерений из-за вибрации.

В силу того, что условия на предприятии могутзначительно отличаться от условий, в которыхкалибровался вихревой расходомер, фактическиеусловия эксплуатации порой могут оказать негативноевоздействие на приборы. Вихревой расходомерRosemount 8800 сконструирован таким образом,чтобы ограничить влияние условий эксплуатациина качество измерений.

Rosemount 8800 устойчив к вибрации и способенизмерять малый расход благодаря балансировке массысенсорной системы и запатентованной технологииадаптивной обработки цифрового сигнала.

Цель данного документа - предоставить техническоеописание того, как вихревые расходомеры проводятизмерения. Он содержит разделы, в которых детальноописан принцип действия вихревого расходомераRosemount 8800, включая генерирование и фильтрациюсигнала расхода. Кроме того, в нем приведены примерырегулировки параметров фильтра и рассмотренывозможности по измерению малого расхода иснижению уровня помех, вызванных вибрацией.

Вихревой расходомер Rosemount 8800 с адаптивной обработкой цифровыхсигналов

СодержаниеТеория работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .стр. 3

Принцип действия Rosemount 8800 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .стр. 6

. . )PSDA( волангис хыворфиц актобарбо яанвитпадА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .стр. 10

Измерение малого расхода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .стр. 17

Вибрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 20

Справочные данные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .стр. 23

Технические примечания00840-0207-4004, Ред. AA

Июнь 2009 г.Rosemount 8800

2

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИХРЕВОГОРАСХОДОМЕРА

Высокая точностьКак правило, погрешность вихревого расходомераниже, чем ±1% от значения расхода. Довольночасто встречается погрешность для жидкостей ±0,5% от значения расхода. Полный списокпогрешностей см. в Листе технических данных(00813-0107-4004) вихревого расходомераRosemount 8800.

Широкий диапазон измеренийВихревые расходомеры могут сохранять линейнуюпогрешность в широком диапазоне расхода. Взависимости от характеристик жидкости итехнологических условий возможно достичьпредельного соотношения 40:1 между максимальными минимальным измеряемым расходом, сохраняя приэтом одинаковую точность измерений.

Широкий диапазон примененийВихревые расходомеры могут быть использованыдля измерения расхода жидкостей, газов и пара. Какправило, на приборы не влияют изменения условийэксплуатации или качеств технологической среды.

Низкая стоимость установки итехнического обслуживанияВихревые расходомеры просты в установке, питаютсяот контура, не требуют калибровки в полевых условиях,обспечивают низкий уровень постоянных потерьдавления и не имеют движущихся деталей, требующихрегулярного технического обслуживания.

ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕРROSEMOUNT 8800

НадежностьВ вихревых расходомерах 8800 отсутствуютимпульсные линии, пазы и уплотнительныепрокладки, что повышает надежность измерений.

Незасоряющаяся конструкцияПрибор имеет уникальную конструкцию безпрокладок, пазов и щелей, которые могутзасориться в процессе эксплуатации и вызватьпотерю сигнала расхода.

Устойчивость к вибрацииБалансировка массы сенсорной системы изапатентованная технология адаптивнойобработки цифрового сигнала (ADSP)обеспечивают устойчивость к вибрации, котораяможет привести к появлению неустойчивых илиложных показаний расхода.

Заменяемый сенсорСенсор изолирован от технологического процессаи может быть заменен без разрушениятехнологического уплотнения. Для всехтипоразмеров используются одинаковые сенсоры,поэтому для всех расходомеров нужныодинаковые запасные детали.

Упрощенная процедура поиска иустранения неисправностейДиагностика устройства позволяет проводитьповерку электронного блока и сенсора безостановки технологического процесса.


3

Rosemount 8800

Теория работыВихревой расходомер выполняет измерения наосновании такого природного феномена как явлениефон Кармана.

При движении жидкости вдоль округлого тела (телаобтекания) ее поток разделяется, в результате чегона противоположной стороне округлого телаформируются зоны неоднородного переменногодавления (вихри). Частота переменных вихрейлинейно пропорциональна скорости технологическойсреды.Уравнение 1F α k·VF = Частота возникающих вихрейV = Скорость потокаk = Константа пропорциональности

Число Струхаля:Число Струхаля - безразмерная величина, котораязависит от размера и формы тела обтекания. Приоптимальной конструкции тела обтекания числоСтрухаля остается неизменным в широкомдиапазоне чисел Рейнольдса. Уравнение (1) можетбыть переформулировано с применением числаСтрухаля и диаметра тела обтекания.

Уравнение 2

St = число Струхаляd = Ширина тела обтекания

Объемный расходЧтобы определить объемный расход с помощьювихревого расходомера, нужно умножить скоростьпотока на площадь поперечного сечениярасходомера.Уравнение 3Qv = V·AQv = Объемный расход A = Площадь поперечного сечения

Чтобы определить площадь поперечногосечения применяется следующее уравнение:


D = Внутренний диаметр расходомера

K-факторК-фактор вихревого расходомера - это константапропорциональности, применяемая, чтобыопределить отношение измеренной частоты кобъемному расходу. К-фактор определяется вовремя калибровки в проливочной лаборатории,где подсчитывают число импульсов от вихревогорасходомера в зависимости от объематехнологической среды, прошедшей через прибор,чтобы определить величину К-фактора какколичество импульсов на единицу объема.Объединив два предыдущих уравнения, получаемитоговое уравнение вихревого расхода.


Далее площадь, ширина тела обтекания и числоСтрухаля заменяются на К-фактор.


Если известен K-фактор, то можно определитьрасход, измерив частоту вихрей. Кроме того, исходяиз данных уравнений, можно определить объемныйрасход независимо от таких характеристиктехнологической среды, как давление, температура,плотность и вязкость. K-фактор зависит только отгеометрии расходомера.

Зависимость K-фактора от числаРейнольдсаКак было отмечено, число Струхаля остаетсянеизменным в широком диапазоне чиселРейнольдса. Следовательно, K-фактор такжеостается неизменным в широком диапазоне чиселРейнольдса, что подтверждают уравнения (5) и (6).Однако если число Рейнольдса становится менее20 000 (15 000 для газов и пара), K-факторстановится нелинейным. Нелинейность этойзависимости определяется плотностью и вязкостьютехнологической среды.

Поток

V d

Вихри

Тело обтекания

A D2

4--------------=

Qv F D2

4 d St

-------------------------------------------=

Qv FK----=

F St Vd

--------------=



4

Рис. 1. Зависимость K-фактора от числа Рейнольдса

Число РейнольдсаЧисло Рейнольдса - это безразмерная величина,характеризующая отношение сил инерции к силамвязкости среды. Применяется для определенияграниц ламинарного и турбулентного потоков.


Re = Число Рейнольдсаρ = Плотность средыV = Скорость потокаD = Внутренний диаметр расходомера или трубыμ = Вязкость среды

Турбулентный поток необходим для создания вихрейза телом обтекания. Турбулентный поток возникает,когда число Рейнольдса составляет около 4 000. Дляформирования полноценного турбулентного потока онодолжно составлять около 10 000, что являетсяоптимальным нижним пороговым значением длявихревых расходомеров. Уравнение (7) показывает, чточисло Рейнольдса возрастает с ускорением потока.Кроме того, из него следует, что повышение плотностиприведет к увеличению этого числа, а повышениевязкости приведет к его уменьшению. Среды с высокойвязкостью затрудняют работу вихревых расходомеров,потому что их расход характеризуется низкимичислами Рейнольдса.

Массовый расходПри измерении в единицах массового расхода(фунт/ч, кг/ч и т.д.) в уравнение расхода нужнообязательно включить плотность технологическойсреды.


Qm = Qv·ρ

Qm = массовый расход

В большинстве случаев вихревой расходомербудет использовать для данного расчетастандартную плотность технологической среды.Однако есть приборы, конструкция которыхпозволяет использовать динамическикомпенсированную плотность, определенную поитогам измерения давления и (или) температурытехнологической среды.

Базовый (стандартный) объемныйрасходПри измерении в базовых (стандартных)единицах расхода (стд. куб. ф/м (SCFM), норм.куб. м/ч (NCMH) для преобразованияфактического объемного расхода в базовый(стандартный) применяется отношение плотноститехнологической среды в фактических условиях кплотности технологической среды в базовых(стандартных) условиях.


Qb = Qv·ρr

Qb = Базовый объемный расходρr = Отношение плотности


Отношение плотностей = ρa/ρb

ρa = Плотность в фактических (текущих) условияхρb = Плотность в базовых (стандартных) условиях

Для расчета отношения плотности также можетбыть применен закон идеального газа.

Таб. 1 Влияние характеристик среды на число РейнольдсаИзменение характеристик среды Влияние на число Рейнольдса

Повышение плотности Увеличение числа Рейнольдса

5,000 20,000

Число Рейнольдса

K-Ф

акто

р(И

мпу

льсы

/Объ

ем)

Измеряемый диапазон

Линейный рабочийдиапазон

1,000,000

Понижение плотности

Увеличение числа Рейнольдса

Уменьшение числа РейнольдсаУменьшение числа Рейнольдса

Понижение вязкостиПовыение вязкости

Re V D

--------------------=


5

Rosemount 8800


Tb = Абсолютная температура в базовых(стандартных) условиях Pb = Абсолютное давление в базовых(стандартных) условияхZb = Сжимаемость в базовых (стандартных)условияхTf = Абсолютная температура в в фактических(текущих) условияхPf = Абсолютное давление в фактических(текущих) условиях

Zf = Сжимаемость в фактических (текущих)условиях

Амплитуда и сила вихревого сигналаКак отмечалось, для работы вихревых расходомеров необходим турбулентный поток и, следовательно,некоторое минимальное число Рейнольдса длясоздания вихрей. Кроме того, сигнал расхода должениметь амплитуду или силу не ниже установленныхминимальных. Амплитуда (сила) сигнала вихревогорасходомера пропорциональна плотности и скороститехнологической среды.


SA α ρV2

SA = Амплитуда (сила) вихревого сигналаРис. 2. Зависимость амплитуды сигнала от скорости

Вихри должны быть способны передать достаточносилы и энергии сенсору, чтобы он смог измерить ихчастоту. Термин ɟV2 в уравнении (12) являетсямерой энергии в потоке, т.к. он зависит откинетической энергии.


Ek = 1/2·m·V2

Ek = Кинетическая энергия

m = Масса

Среды с более высокой плотностью имеютбольше внутренней энергии, поэтому силавихревого сигнала увеличиваетсяэкспоненциально с увеличением скорости потока.Следовательно, проблемы при измерении расходамогут возникнуть со средами с низкой плотностьюили низкой скоростью потока. Все вихревыерасходомеры будут иметь соответствующийпредел минимальной скорости, зависящий от этоготребования минимальной амплитуды сигнала.


Vmin = Минимальная измеряемая скоростьSS = Фактор чувствительности сенсора

Уравнение (14) показывает, как обычно определяютминимальную измеряемую скорость в зависимостиот амплитуды вихревого сигнала. Факторчувствительности сенсора устанавливаетсяпроизводителем и, как правило, определяетсяэмпирически.

Краткий обзор теорииВихревые расходомеры выполняют измерения наосновании явления фон Кармана. Вихреобразованиепроисходит на частоте пропорциональной скорости.Для преобразования частоты в расход применяетсяК-фактор. Для создания вихрей и их измерения расходанеобходимо обеспечить минимальные число Рейнольдсаи амплитуду сигнала.

Ам

плит

уда

Скорость

Density Ratio– Tb Pf Zb Tf Pb Zf -----------------------------=

Vmin SS =



6

Принцип действия Rosemount 8800В данном разделе описано, как вихревойрасходомер Rosemount 8800 генерируетвихревой сигнал и определяет расход.

Генерирование вихревого сигнала

После тела обтекания поток технологической средыразделяется, и с каждой стороны тела создаютсяпопеременно вихри. Каждый из них создает областьнизкого давления на одной из сторон тела обтекания.Низкое давление приводит гибкую часть телаобтекания в движение. Оно передается опоресенсора, которая находится вне потока. Движениеопоры оказывает давление на сенсор, содержащийпьезоэлектрический элемент. Воздействие силы напьезоэлектрический элемент приводит кпреобразованию механической энергии вэлектрический сигнал. Этот сигнал передается электронный блок для обработки. Блок измеряетчастоту генерируемого электрического сигнала ииспользует К-фактор для преобразованияизмеренной частоты в расход.

Обработка вихревого сигналаЭлектронный блок Rosemount 8800 принимаетсигнал из сенсора, усиливает и преобразует его вцифровую форму, после чего передает данные впроцессор для обработки цифровых сигналов(DSP). Процессор обрабатывает эти данные ирассчитывает частоту сигнала. Затем частотапередается в микропроцессор, гдерассчитывается расход. На Рис. 3 изображенаблок-схема измерительной электроники.

Рис. 3 Схема движения сигнала

Усиление и предварительнаяфильтрация сигналаНеобработанный сигнал от сенсора усиливаетсяи фильтруется, чтобы удалить внеполосные шумы. Кроме того, фильтр сглаживает высокочастотныешумы и удаляет шумы резонансной частоты. Преобразование аналогового сигналав цифровойАЦП Sigma-Delta отбирает и преобразуетполучившийся после усиления и фильтрациисигнал в цифровой. Оцифрованный сигналпроходит через изолирующий трансформатор впроцессор для обработки цифровых сигналов.

Процессор для обработки цифровыхсигналовОбразцы данных из АЦП передаются в цифровойфильтр или в процессор для обработки цифровыхсигналов (DSP). Процессор проводит данные черезнесколько цифровых фильтров высоких и низкихчастот, после чего извлекает из них информациюо частоте.

МикропроцессорИнформация о частоте вихрей передается из процессорав микропроцессор системы. Он использует этуинформацию для расчета точной вихревой частоты ирасхода. Кроме того, микропроцессор регулирует и (или)контролирует АЦП, процессор, аналоговый выход 4–20 мА,импульсный выход, протоколы HART и Fieldbus и дисплей.

Электрическийсигнал

Вихрь

Сенсоррасходомера

Опорасенсора

Гибкая часть

Тело обтекания

Сенсор

Усилительзаряда

АЦП Цифровойфильт

Микро-процессор

Усилитель/фильтр низкихчастот


7

Rosemount 8800

Компенсированный K-факторRosemount 8800 применяет компенсированный К-фактор для преобразования частоты в расходсогласно уравнению 6 на стр. 3. ЭталонныйК-фактор для каждого расходомера определяетсяво время калибровки в проливочной лаборатории.Компенсированный К-фактор - это адаптированныйэталонный К-фактор, учитывающий разницу междуусловиями установки в проливочной лабораториии при эксплуатации, такими как температураи диаметр трубопровода.

ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯВнутри Rosemount 8800 находитсяпрограммируемый цифровой полосно-пропускающий фильтр. Полоса пропусканиядостигается за счет последовательногорасположения фильтров высоких и низких частот.Микропроцессор облегчает программированиефильтра: он регулирует частоту среза полосно-пропускающего фильтра, изменяя частоту срезафильтров высоких и низких частот. Эти частотыподбираются для наиболее распространенныхприменений с учетом размера трубы и типатехнологической среды (жидкость или газ) изадаются, когда к прибору подается электричество.

Рис. 4. Диапазон цифровой фильтрации

На Рис. 4 изображено расположение фильтроввысоких и низких частот относительнопредполагаемого сигнала расхода. Сигнал долженнаходиться внутри кривой «V», созданной прямымипоказателей фильтров, чтобы прибор измерил егокак расход.

ПРИМЕЧАНИЕПредполагаемый сигнал расхода линейный, потомучто обе оси имеют логарифмическую шкалу.

Рис. 5. Измерение сигнала расхода и подавление помех

На Рис. 5 изображено, как фильтры обеспечиваютизмерение сигнала расхода (Сигнал 2) и подавляютпомехи (Сигнал 1 и Сигнал 3). За сигналы расходабудут приниматься сигналы только из светлой зоны.Сигналы из темной зоны будут считаться помехами.

Фильтр низких частотОбычно при эксплуатации частота среза фильтранизких частот не изменяется. Она задается такимобразом, что отфильтрованный вихревой сигналостается на относительно постоянном уровне вовсем диапазоне расхода для конкретногоприменения. Это возможно потому, что фильтримеет наклон 1/f , чтобы компенсироватьзависимость амплитуды от скорости вихрей.(Не забывайте, что амплитуда сигналапропорциональна квадрату скорости или частоты.См. пункт «Амплитуда и сила сигнала вихрей»на стр. 5). Когда амплитуда итогового сигналапостоянна, наклон фильтра в 1/f подавляетпомехи.

2

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В

Частота, Гц

Ам

плит

уда

сигн

ала,

В

Предполагаемый сигнал расхода

Фильтрнизкихчастот

Фильтр высоких частот

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В



Сигнал 1

Сигнал 2

Сигнал 3


2



8

Фильтр высоких частотЧтобы отслеживать эти изменения, цифровойфильтр регулируется автоматически во времяэксплуатации. С изменением расхода меняетсясоответствующая частота вихрей. Регулировкацифрового фильтра для отслеживания измененийпроисходит автоматически во время эксплуатации.Эта характеристика, порой именуемая адаптивнойцифровой фильтрацией или адаптивнымотслеживанием фильтра, поддерживает силусигнала, таким образом сводя к минимуму помехи.

Рис. 6. Адаптивный фильтр высоких частот

На Рис. 6 изображено, как фильтр высоких частототслеживает фактический сигнал расхода.

Рис. 7. Адаптивный фильтр высоких частот

На Рис. 7 изображено, как фильтр высоких частотпродолжает отслеживать фактический сигналрасхода при его увеличении.

Определение порога сигналаПосле того, как процессор для обработкицифровых сигналов отфильтровал вихревой сигнал,данные отправляются в узлы частоты измерений ираспознавания сигнала (оба находятся впроцессоре). На Рис. 8 изображено движениеданных внутри процессора.

Рис. 8 Движение данных внутри процессора

Определение порога сигнала происходит путемсравнения выходных данных цифровых фильтровс уровнем срабатывания. Этот узел облегчаетподавление субпороговых помех и улавливаниенадпороговых сигналов.

Таким образом, входящий вихревой сигналдолжен иметь достаточную амплитуду, чтобы«прорваться» через уровень срабатывания; помехидолжны быть отфильтрованы (подавлены) такимобразом, чтобы не допустить их попадания науровень срабатывания. Детектор порога принятоназывать триггером Шмитта. Этот алгоритмизображен на Рис. 9.

0 1 10 100 1,000 10,000

0 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

в



Фильтрнизких частот

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В




Процессор для обработки цифровых сигналов

Микропроцессор

Цифровойфильтр

Определениепорогасигнала

Частотомер

Данные длянастройкифильтра

Данные длянастройкипорога

Данные очастотевихрей


9

Rosemount 8800

Рис. 9. Блок-схема определения порога(триггер Шмитта)

Рис. 10. Вихревой сигнал с помехамии уровень срабатывания

На Рис. 10 изображено наложение вихревогосигнала с помехами на предел порога или уровеньсрабатывания.

Измерение частотыРезультат сравнения – это представленный в видепрямоугольной волны отфильтрованный вихревойсигнал, который может быть использован дляопределения частоты.

Частотомеры на процессоре для обработкицифровых сигналов рассчитываютпродолжительность периода каждого циклапрямоугольной волны. Это результат наряду счислом периодов отправляется в микропроцессоркаждые 100 мсек или 1 цикл расходомера взависимости от того, какой из показателей больше.На основании этих данных микропроцессоррассчитывает частоту вихря и расход.

Получить образцы извыходного сигналацифрового фильтра

Сравнить амплитудуобразца с уровнем

срабатывания

Амплитуда >уровня

срабатывания?

Да

Нет Подавить(помехи)

Принять(срабатывание)

Результатсравнения

• Уровеньсрабатывания

Вихревойсигнал

• Уровеньсрабатывания



10

Адаптивная обработка цифровогосигнала (ADSP)Технология адаптивной обработки цифровогосигнала (ADSP) расходомеров Rosemount 8800 настраивается на заводе-изготовителе такимобразом, чтобы обеспечивать оптимальнуюфильтрацию в диапазоне расхода с учетомтипоразмера, технологической среды и ееплотности. В большинстве применений подходятзаводские настройки этих параметров, однако, внекоторых применениях может потребоватьсянастройка адаптивной обработки измеренияцифрового сигнала (ADSP) для увеличениядиапазона расхода или подавления помех.Пользователем могут быть настроены трипараметра адаптивной обработки цифровогосигнала:

• Отсечка малого расхода• Частота среза фильтра низких частот• Уровень срабатывания (триггер)

ОТСЕЧКА МАЛОГО РАСХОДАЕсли значение расхода падает ниже уровняотсечки, то прибор фиксирует нулевой расход.В связи с тем, что применение вихревогорасходомера становится невозможным прискорости потока ниже определенного уровня,необходимо установить конечную величинуотсечки. Она становится начальной точкойдля измерений адаптивного фильтра высокихчастот, который был рассмотрен в пункте«Фильтр высоких частот» на стр. 8.

Диапазон нечувствительностиотсечки малого расходаОтсечка малого расхода характеризуетсяналичием диапазона нечувствительности:прибор будет отображать нулевой расход, еслиего уровень ниже показателя отсечки, однако,не начнет фиксировать расход до тех пор, покаего уровень не превысит диапазоннечувствительности. Диапазоннечувствительности, также известный какгистерезис, на 18% выше, чем фактическийпоказатель отсечки малого расхода. Этотдиапазон настроен таким образом, что еслиуровень расхода близок к показателю отсечки,то выходной сигнал будет приведен сразу к уровнюнулевого расхода.

Отклик на отсечку малого расходаЭтот параметр определяет, как выходной сигналвихревого расходомера будет вести себя, достигаяуровня отсечки и преодолевая его. Возможны дваварианта «демпфированный» (damped) или«шаговый» (stepped). При выборе демпфированногоотклика преобразователь будет передавать данныео расходе, начиная с его нулевого показания. Привыборе шагового отклика преобразователь будетпередавать данные о расходе, начиная с уровняотсечки (т.е. прибор никогда не передаст выходнойсигнал, величина которого ниже, чем показательотсечки).Рис. 11. Выходной сигнал с демпфированным откликом

на отсечку, начинающийся с нулевого показания расхода

На Рис. 11 изображено, что сначала расход равеннулю, а затем одномоментно возрастает до уровня, превышающего уровень отсечки. Придемпфированном способе отклика величинавыходного сигнала сначала равна нулю, а затемпостепенно возрастает до уровня расхода.

Рис. 12 Выходной сигнал с демпфированным откликом на отсечку, понижающийся до нулевого показания расхода

Время

Расход

Выходнойсигнал

Расход


Отсечка малого расхода




Время

Время

Время


11

Rosemount 8800

На Рис. 12 изображено, что сначала уровеньрасхода выше уровня отсечки, а затемодномоментно понижается до нуля. Выходнойсигнал с демпфированным откликом на отсечкупостепенно понижается до нуля, и в течениенекоторого времени выходной сигнал будет нижеуровня отсечки.

Рис. 13. Выходной сигнал с шаговым откликом наотсечку, начинающийся с нулевого показания расхода

На Рис. 13 изображено, что сначала расход равеннулю, а затем одномоментно возрастает до уровня, превышающего уровень отсечки. При шаговомотклике величина выходного сигнала сразу жевозрастает до уровня расхода, как только онстановится выше уровня отсечки. Рис. 14. Выходной сигнал с шаговым откликом наотсечку, понижающийся до нулевого показания расхода.

На Рис. 14 изображено, что сначала уровеньрасхода выше уровня отсечки, а затемодномоментно понижается до нуля. Выходнойсигнал с шаговым откликом на отсечку начнетпостепенно понижаться, но достигнув уровняотсечки, он сразу упадет до нуля.

ЧАСТОТА СРЕЗА ФИЛЬТРА НИЗКИХЧАСТОТЧастота среза фильтра низких частот являетсяначальной точкой измерений соответствующегофильтра, рассмотренного в пункте «Фильтр низкихчастот» на стр 7. Заводская настройка этогопоказателя поддерживает соотношение сигнала кпорогу 4:1 во всем диапазоне расхода взависимости от плотности технологической среды,указанной пользователем. Фильтр низких частотпредназначен подавлять полосные ивысокочастотные шумы.

Rosemount 8800 будет отображать и частоту срезафильтров низких частот и минимальную плотность,которую должна иметь технологическая среда приопределенной частоте среза. Это облегчает выборнастроек фильтра низких частот для конкретногоприменения.

УРОВЕНЬ СРАБАТЫВАНИЯУровень срабатывания, с которым сравниваетсяамплитуда сигнала, задается, когда приборуподается питание, настраивается для стандартныхприменений и зависит от условного прохода,технологической среды (жидкость или газ) иплотности.

Уровень срабатывания задается на уровне 25% отпредполагаемой амплитуды вихревого сигнала дляприменений с низкой плотностью. Отношение 4:1выбрано, чтобы выдержать характерные для вихревыхсигналов изменения амплитуды и облегчитьподавление полосных помех.

Фильтр низких частот обеспечивает амплитудусигнала практически на одном уровне во всемдиапазоне расхода, поддерживая тем самымотношение 4:1. См.доп. информацию в пункте«Фильтр низких частот» на стр 7.

Время

Время

Расход


Время

Расход


Время







12

Сила сигналаОсновной мерой силы сигнала в Rosemount 8800является отношение амплитуды сигнала к уровнюсрабатывания. Отношение амплитуды сигнала куровню срабатывания - это сравнение измереннойсилы вихревого сигнала с пределом порогафильтра или уровнем срабатывания. Принормальной работе прибора отношение амплитудысигнала к уровню срабатывания должно быть около4 при условии, что уровень срабатывания былпредустановлен на уровне примерно 25% отпредполагаемой амплитуды вихревого сигнала,как описывалось в предыдущем пункте.

Рис. 15. Отношение амплитуды сигналак уровню срабатывания

Рис. 15 иллюстрирует измерение силы сигнала вотношении амплитуды сигнала к уровнюсрабатывания. В данном примере при частотерасхода в 10 Гц амплитуда сигнала составляет10 мВ. Предел порога или уровень срабатыванияфильтров при частоте 10 Гц установлен на 2 мВ.Это значит, что отношение амплитуды сигнала куровню срабатывания составляет 5 (10 мВ÷2 мВ=5).

РЕГУЛИРОВКА ПАРАМЕТРОВОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВПеред тем как проводить любую регулировкупараметров обработки сигнала, необходимопроверить устройство на наличие другихпотенциальных проблем, не связанных собработкой сигнала. Нужно обязательнопроверить всю систему программойInstrument Toolkit .®

В этих разделах рассмотрены признаки,возможные источники, а также способы решенияпроблем, среди которых:

• Высокое значение выходного сигнала(насыщение выходного сигнала);• Ошибочное значение выходного сигналапри наличии или отсутствии расхода;• Неправильное значение выходного сигнала(при известном расходе);• Отсутствие или низкое значение выходногосигнала при наличии расхода;• Низкое суммарное значение (пропущенныеимпульсы);• Высокое суммарное значение(дополнительные импульсы).

Обратитесь к соответствующему разделу поустранению неисправностей при возникновенииподобных условий или обнаружениипотенциальных источников проблем, таких какпараметры конфигурации эталонного К-фактора,технологическая среда, низкие или высокиепоказатели, настройка 4 - 20 мА, фактормасштабирования импульса, рабочая температура,внутренний диаметр трубы и т.д.

ОптимизацияRosemount 8800 автоматически оптимизируетнастройки отсечки малого расхода, частоты срезафильтра низких частот и уровня срабатывания.Автонастройка фильтра (Auto Adjust Filter) – этофункция, которую можно использовать дляоптимизации диапазона измерения расходомера взависимости от плотности технологической среды.Электронный блок использует плотностьтехнологической среды для расчета минимальногоизмеряемого расхода, поддерживая при этомотношение амплитуды сигнала к уровнюсрабатывания как минимум 4:1. Данная функцияобновит данные всех фильтров, чтобыоптимизировать работу расходомера в новомдиапазоне значений. Стоит использовать даннуювозможность при изменении конфигурацииустройства, чтобы убедиться, что настройкипараметров обработки сигнала оптимальны. Дляэтого пользователь выбирает из списка плотностьнаиболее близкую к плотности своейтехнологической среды, но не превышающую ее.

Все приборы, настроенные на заводе согласнолисту данных конфигурации, регулируются дляплотностей технологических жидкостей заказчиков.При настройке параметров обработки сигналов вполевых условиях нужно сначала воспользоватьсяфункцией оптимизации преобразователя.

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В




Фактический сигналрасхода

Сигнал = 10 мВ

Уровень срабатывания = 2 мВ

За дополнительной информацией обратитесь кразделу о процедурах поиска и устранениянеисправностей в руководствах по эксплуатациипродуктов 00809-0107-4004 или 00809-0107-4772.


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В


13

Rosemount 8800

ПРИМЕР № 1 Данный пример иллюстрирует возможностиавтонастройки фильтра.

Рис. 16. Параметры автонастройки фильтра наосновании изначально предполагаемой плотности

Фактическая рабочая плотность была ниже, чемизначально предполагалось. Снижение плотноститехнологической среды приведет к снижениюамплитуды сигнала, как было указано в пункте«Амплитуда и сила вихревого сигнала».

Рис. 17 Новый предполагаемый сигналрасхода при снижении плотности

Рис. 17 иллюстрирует, что если фильтры неотрегулированы на обработку технологическойсреды с низкой плотностью, то отношение 4:1 несоблюдается, и увеличивается вероятностьповышения количества помех или полногопрекращения измерений.

Рис. 18 Параметры автонастройки фильтра наосновании новой предполагаемой плотности

На Рис. 18 изображено, как функция автонастройкифильтра переносит кривую «V», чтобы поддержатьотношение амплитуды сигнала к уровнюсрабатывания хотя бы 4:1 на основании новойплотности технологической среды.

Отсечка малого расходаОтсечка малого расхода задается для измеренияширокого диапазона расхода, ее величинасоставляет около 4% от максимальной верхнейграницы диапазона. Некоторые примененияпотребуют регулировки отсечки малого расходавниз, чтобы обрабатывать чуть более широкийдиапазон расхода или вверх, чтобы продолжатьподавлять влияние низкочастотных помех.

Отсечка малого расхода настраивается с шагомпримерно в 18%. Диапазон измеренийRosemount 8800 можно расширить, снизив уровеньотсечки (соблюдая требования минимального числаРейнольдса и минимальной

ρV2

где «ρ» - плотность,

а «V» - скорость технологической среды) и сузить,подняв уровень отсечки. Максимальная отсечкамалого расхода должна быть менее, чем ВПИминус минимальная скорость среды (минимальнаяскорость среды для жидкостей - 0,5 фута /сек, длягазов - 5,0 футов/сек).

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мв

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В




0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

пли

туд

а си

гнал

а, В

Предполагаемый первоначальныйсигнал расхода


Фильтр высоких частотПредполагаемыйновыйсигнал расхода

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1V

10V


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В

Предполагаемый первоначальныйсигнал расход



Предполагаемыйновыйсигнал расхода



14

Перенос уровня отсечки влияет на подавлениенизкочастотных помех прибором. Это происходит потому, что функция отсечки напрямую связана счастотой среза фильтра высоких частот.Понижение уровня отсечки расширяет диапазонвозможностей фильтра при малом расходе иповышает чувствительность к низкочастотнымпомехам. При этом повышение уровня отсечкисокращает диапазон возможностей фильтра прималом расходе и понижает чувствительность книзкочастотным помехам. Следовательно,перенос уровня отсечки ниже уровня заводскихнастроек возможен только в случае, еслисложились следующие условия: • На новом уровне отсечки будут

соблюдаться требования по минимальнымзначениям числа Рейнольдса и ρV ;2

• Низкочастотные помехи, такие как вибрациятрубы, сведены к минимуму.

Перенос уровня отсечки выше заводских настроеквозможен, если одновременно сложилисьследующие условия:

• Низкочастотные помехи вызывают ложноесрабатывание (фиксируемые значения расходавыше фактических, или несмотря на отсутствиерасхода происходит его фиксирование) • Применение допускает сужение диапазонарасхода после повышения уровня отсечки.

Частота среза фильтра низких частотЧастота среза фильтра низких частотустанавливается на заводе при помощи функцииоптимизации преобразователя, позволяющейподдерживать отношение амплитуды сигнала куровню срабатывания 4:1 во всем диапазонарасхода при плотности, указанной пользователемв листе данных заказчика. Регулировка частотысреза может потребоваться для формирования более точного отношения амплитуды сигнала куровню срабатывания в применениях с нетипичновысоким уровнем помех или низкой плотностью.

Частота среза фильтра низких частот может бытьпонижена, чтобы усилить поглощение полосных иболее высокочастотных помех или повышена,чтобы ослабить фильтрацию вихревого сигнала.Регулировка возможна с шагом в 41% (Частn = 1.41 × Частn - 1 ). Каждый шаг частоты соответствует двум шагам подавления вамплитуде сигнала. (Не забывайте прозависимость между частотой и амплитудой. См.пункт «Амплитуда и сила сигнала вихревогорасходомера» на стр. 5).

Рис. 19. Регулировка частоты срезафильтра низких частот

Рис. 19 иллюстрирует повышение частоты срезафильтра низких частот. Увеличение сдвигаетпрямую фильтра вправо.

Rosemount 8800 будет отображать и частоту срезафильтра низких частот и минимальную плотность,которую обязательно должна иметьтехнологическая среда при определенной частотесреза. Это облегчает выбор настроек фильтранизких частот для конкретного применения. Крометого, когда технологическая жидкость будетпроходить через прибор, он отобразит отношениеамплитуды сигнала к уровню срабатывания. Этиданные можно использовать, чтобы определить,что сигнал недостаточен для текущих параметровфильтра низких частот или достаточен, чтобыувеличить уровень фильтрации, снизив частотусреза фильтра. Как отмечалось, рекомендуетсяподдерживать отношение амплитуды сигнала куровню срабатывания на уровне 4:1.

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В





15

Rosemount 8800

ВНИМАНИЕВ случае с технологической средой, у которойнедостаточно высокая плотность, понижениечастоты среза фильтра приводит к подавлениювихревого сигнала. Как следствие,преобразователь может пропускать импульсы(и фиксировать расход ниже фактического уровня).Дальнейшее понижение частоты может в итогепривести к падению амплитуды сигнала нижеуровня срабатывания, и датчик будет фиксироватьнулевой расход.

Уровень срабатывания (триггер)Уровень срабатывания задается на заводе такимобразом, что отношение номинальной амплитудывихревого сигнала к уровню срабатывания будетоколо 4:1 для применения.

Независимо от условного прохода и типатехнологической жидкости уровень срабатываниястандартно задается на 4. Он формируетамплитуду, которая в четыре раза ниже, чемпредполагаемая максимальная амплитудастандартного вихревого сигнала для этогоразмера трубы и типа среды. Эта базоваяамплитуда сравнивается с амплитудойотфильтрованного сигнала, чтобы принятьрешение о его приемке или подавлении. См.дополнительные детали по методологиисравнения в пункте «Определение порогасигнала» на стр. 8. Уровень срабатывания можноотрегулировать на один из 16 возможных.

На Рис. 20 изображены относительные амплитудыдля уровней срабатывания с 0-ого по 8-ый, атакже уровень, соответствующий относительноймаксимальной амплитуде вихревого сигнала.

На Рис. 21 изображены относительные амплитуды4 уровня срабатывания и уровни с 8-ого по 15-ый.Здесь также изображен уровень, соответствующийотносительной максимальной амплитуде вихревогосигнала.

Обратите внимание, что максимальная амплитудасигнала на Рис. 20 и 21 соответствуетмаксимальным амплитудам, которые будут иметьместо при минимально возможной плотностиконкретного процесса.

Отношение 4:1 было выбрано, чтобы выдержатьотклонения амплитуды, которые обычно происходятс вихревым сигналом на заданной частоте.

ВНИМАНИЕЕсли плотность технологической средынедостаточно высока, то повышение уровнясрабатывания может привести к снижениюточности измерений и потерям импульсов.Возможно повышение уровня срабатывания,чтобы увеличить нечувствительность к помехам,если сложились следующие условия: - Плотность технологической среды достаточновысока;- Помехи вызывают ложное срабатывание,которого нельзя избежать переносом уровняотсечки малого расхода или среза частотыфильтра малого расхода.

Аналогично, не рекомендуется понижать уровеньсрабатывания за исключением случаев, когдасложились следующие условия:- Амплитуда вихревого сигнала ниже стандартнойиз-за очень низкой плотности технологическойсреды (низкое давление, высокая температура и(или) газы с низкой молекулярной массой) и (или)применению требуется измерение потока с низкойскоростью; - Источники помех сведены к минимуму.

Рис. 20 Уровни срабатывания с 0-ого по8-ой по сравнению с 4-ым

0.0

0.250.35

0.5

0.707

1.0

1.414

2.0

2.828

3.0

4.0Стандартныеамплитуды(приведенные к 4уровню срабатывания)

Уровеньсрабатыванияпо умолчанию

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Уровеньсрабатывания

Предполагаемаямаксимальная амплитудастандартного сигналавихревого расходомера



16

Предполагаемая максимальная амплитудастандартного сигнала вихревогорасходомера

Стандартныеамплитуды(Приведенные к 4уровню срабатывания)

Уровеньсрабатыванияпо умолчанию

0.01.0

4.0

5.66

8.0

11.31

16.0

20.0

22.63

32.0

40.0

45.26

4

8

9

10

11

12

13

14

15

Уровеньсрабатывания

Рис. 21. Уровни срабатывания с 8-огопо 15-ой по сравнению с 4-ым


17

Rosemount 8800

Измерение малого расходаОдним из недостатков вихревых расходомеровявляется неспособность измерять малый расход.Согласно разделу “Принцип работы” на стр 3 длявихревых расходомеров нужно определитьминимальное число Рейнольдса, чтобы они моглигенерировать вихри, и минимальную силу сигнала,чтобы сенсор мог определять расход. Нижняяграница диапазона измерений вихревогорасходомера зависит от числа Рейнольдса, силысигнала и его фильтрации.

ПРЕДЕЛЫ МАЛОГО РАСХОДАВ данном разделе будут пределы измеренияпределы малого расхода вихревого расходомераRosemount 8800.

Предел минимального числа РейнольдсаСогласно разделу «Число Рейнольдса» на стр. 4минимальное значение числа Рейнольдса длягенерирования вихрей составляет 4 000 (пределтурбулентного потока). Минимальная величиначисла Рейнольдса для Rosemount 8800 составляет5 000, чтобы обеспечить буферную зону вышетеоретического диапазона турбулентного потока.Эта зона обеспечивает достижение турбулентногопотока в процессе.

Предел ρV2

ρV2- это другое название амплитуды сигнала илипредела силы сигнала. Согласно пункту «Амплитудаи сила вихревого сигнала» на стр. 5 сила сигналарасхода зависит от плотности и скороститехнологической среды Для измерения расходавихревым расходомером необходима некаяминимальная величина амплитуды сигнала. Всоответствии с заводскими настройками фильтра поумолчанию минимальная скорость, при которойRosemount 8800 способен проводить измерения,может быть выражена следующим уравнением:


Где Vmin - это минимальная скорость, фут/сек,а ρ - плотность технологической среды, фунт/фут3.Или


Где Vmin - это минимальная скорость, м/с, аρ - плотность технологической среды, кг/м3.

Например, согласно уравнению 14, при сниженииуровня срабатывания (см. пункт «Уровеньсрабатывания» на стр. 11) с 4 до 3, факторчувствительности сенсора снизится с 36 до 26 (см.уравнение 14 на стр. 5). Опытным путем доказано,что фактор чувствительности сенсора можетсоставлять всего 9 в условиях идеальной установкии правильной настройки фильтра.

Минимальный измеряемый расходаМинимальный измеряемый уровень расходаопределяется как большая из двух величин (пределыминимального числа Рейнольдса и ρV ). Другимисловами, если доступна достаточная амплитудасигнала, Rosemount 8800 может измерять расходвплоть до числа Рейнольдса 5 000. Еслиминимальный измеряемый уровень расходаопределяется ρV , то параметры фильтра могутбыть настроены, чтобы обеспечить снижениепредела расхода.

2

2

Минимальный измеряемый уровеньрасхода и минимальный точный расход

При измерении малого расхода вихревымрасходомером всегда учитывается точность.Минимальный точный расход - это точка, в которойК-фактор становится нелинейным. Согласно пункту«Зависимость К-фактора от числа Рейнольдса» настр. 3, это случается, когда число Рейнольдсастановится менее 20 000 (15 000 в применениях длягаза и пара). Таким образом, несмотря на то, чтовихревой расходомер может измерять вплоть дочисла Рейнольдса в 5 000, он будет соответствоватьспецификациям по линейной точности только вдиапазоне чисел Рейнольдса до 20 000.

Отсечка малого расходаВ некоторых случаях уровень отсечки малого расходапо умолчанию выше, чем минимальный измеряемыйили даже минимальный точный расход. Настройкифильтра по умолчанию определяются с помощьюфункции автонастройки фильтра, упомянутой впункте «Оптимизация» на стр.12. Настройки фильтрапо умолчанию основываются на опытных данных ирегулируются, чтобы обеспечить функционированиебез помех. Итоговые настройки фильтра поумолчанию могут оказаться заниженными посравнению с фактическими возможностямивихревого расходомера Rosemount 8800. Будьтеосторожны, настраивая фильтр для регистрациипоказаний малого расхода, т.к. это повышает егочувствительность к помехам.

Эти пределы минимальной скорости зависят отзаводских настроек фильтра по умолчанию.Регулировка настроек фильтра может изменитьобщую чувствительность системы.

Vmin 54 =

Vmin 36 =



18

РЕГУЛИРОВКА ФИЛЬТРОВ ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ МАЛОГО РАСХОДАВ этом разделе будут описаны рекомендации понастройке фильтра, в случаях, когда нужнофиксировать расход, уровень которого ниже,чем в настройках по умолчанию.

ПРИМЕР 2. ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЦЕССЕ(Единицы измерения США) Измеряемая среда: вода Плотность технологической среды: 62,4 фунт/фут3

Скорость технологической среды: 1,0 cП

Размер трубы: 2 дюйма

Компенсированный K-фактор 36,00

Диапазон расхода 0 – 100 гал/мин

Желаемый минимальный измеряемыйрасход: 7,5 гал/мин

Параметры расходаПредел числа Рейнольдса (Rd = 5,000) = 3,04 гал/мин

7,94 гал/мин

Минимальный измеряемый расход = 7,94 гал/мин (больший показатель из двух возможных)

Минимальный точный расход (Rd = 20,000) = 12,15 гал/мин (предел линейной точности)

Отсечка малого расхода по умолчанию = 5,92 Гц =9,87 гал/мин (на основании оптимизации)

СитуацияВ этом примере минимальный измеряемый расходсоставляет 7,94 гал/мин. Если сигнал достаточносильный, то прибор сможет фиксировать данныевплоть до 3,04 гал/мин. Линейная точность согласноспецификации будет поддерживаться вплоть до12,15 гал/мин. Заводская отсечка по умолчаниюбудет установлена на 9,87 гал/мин. Этот показательвыше, чем рассчитанный минимальныйизмеряемый расход.Пользователь хотел бы измерять расход вплотьдо 7,5 гал/мин. С настройками по умолчанию этоневозможно, т.к. отсечка малого расхода приведетк падению показаний расхода до нуля, еслиизмерение становится менее 9,87 гал/мин.

Решение

Чтобы фильтр мог обеспечить измерения вплотьдо уровня желаемого минимального расхода,необходимо отрегулировать его параметры поумолчанию. Перед регулировкой фильтровознакомьтесь с условиями, соблюдение которыхнеобходимо. Следовательно, перенос уровня отсечки нижеуровня заводских настроек возможен только вслучае, если сложились следующие условия:

• при новом показателе отсечки малогорасхода будут соблюдаться требования поминимальным значениям числа Рейнольдсаи ρV ;2

• Низкочастотные помехи, такие как вибрациятрубы, сведены к минимуму.

Не рекомендуется понижать уровень срабатыванияза исключением случаев, когда сложилисьследующие условия:

• Амплитуда вихревого сигнала нижестандартной из-за очень низкой плотноститехнологической среды (низкое давление,высокая температура и (или) газы с низкоймолекулярной массой) и (или) в применениитребуется измерение потока с низкой скоростью;• Количество источников помех, таких каквибрация трубы, сведено к минимуму.

ВНИМАНИЕОбратите внимание, что в обоих случаях прирегулировке нужно принимать во внимание помехи,особенно помехи, вызванные вибрацией трубы.Понижение уровней фильтров увеличиваетвероятность фиксирования помех вихревымрасходомером. При измерении малого расходавихревым расходомером убедитесь, что поддержкатрубопроводов достаточна, и установка былавыполнена согласно руководству по эксплуатации

36

36

Пересмотр условийС настройками фильтров по умолчанию отсечкамалого расхода выше, чем желаемыйминимальный расход. Для измерения желаемогорасхода необходимо уменьшить отсечку.

Минимальное число РейнольдсаПредел числа Рейнольдса (Rd = 5,000) = 3,04 гал/мин, таким образом, желаемый расход (7,5 гал/мин) выше, чем минимальный показатель.Предел ρV = = 7,94 гал/мин. Таким образом, желаемый расход (7,5 гал/мин) превышает этотпредел. Чтобы увеличить чувствительность прибора ипозволить ему фиксировать малый расход согласнокритериям регулировки уровня срабатывания, можетпотребоваться понижение уровня срабатывания.

Чтобы фильтр мог обеспечить измерения вплоть доуровня желаемого минимального расхода,необходимо отрегулировать его параметры поумолчанию.

Предел ρV = = 36/62,4 =0,76 фут/сек = 2

2


19

Rosemount 8800

Рис. 22 Настройки фильтра по умолчаниюдля примера 2

Рис. 23 Понижение уровня отсечки для примера 2

На Рис. 23 изображены настройки фильтра припереносе уровня отсечки малого расхода нижежелаемого уровня расхода. Согласно пункту«Отсечка малого расхода» на стр. 13 отсечкаможет быть настроена с шагом в 18%. В этомпримере потребовалось два шага настройки.Возможен третий шаг, чтобы обеспечить 18%-нуюзону нечувствительности вокруг уровня отсечки.Целью регулировки отсечки малого расходаявляется измерение желаемого минимальногорасхода без дополнительных помех.

Важно соблюдать правило и регулировать фильтртолько на один шаг за раз. После регулировки нашаг в сторону увеличения необходимопонаблюдать за работой прибора, прежде чемприступать к дальнейшим действиям.

Рис. 24 Понижение уровня срабатываниядля примера 2

На Рис. 24 изображено, что происходит сфильтром при понижении уровня срабатыванияс 4 до 3. Чувствительность системы повышается,что обеспечивает лучший результат отношенияамплитуды сигнала к уровню срабатывания вовсех точках измерения. См. детали в пункте“Сила сигнала” на стр. 12. Фактически, предел ρV понизился до = 6,74 гал/мин, что нижежелаемого минимума расхода (7,5 гал/мин).Итогом регулировки уровня срабатывания должностать отношение амплитуды сигнала к этомууровню 4:1 или выше на всем диапазоне расхода.

2

ЗаключениеПо итогам анализа ситуации и пересмотраусловий регулировки фильтра были определеныоптимальные параметры отсечки малого расходаи уровня срабатывания. В данном примере неучитывались внешние помехи, такие как вибрациятрубы. Однако в реальных условиях их нужнобудет учитывать, а уровни фильтров смогут бытьпонижены настолько, насколько позволитприменение.

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В




Желаемыйминимальныйрасход (7,5 гал/мин)

5.92(9.87 гал/мин)

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В




Желаемый Минимальныйрасход (7,5 гал/мин)

4.17(6.95 гал/мин)

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В


ФильтрнизкихчастотФильтр высоких частот

4.17(6.95 гал/мин)

Желаемый минимальныйрасход (7,5 гал/мин)



26



20

ВибрацияПринцип работы вихревого расходомера основываетсяна измерении частоты. При отсутствии расхода можетбыть зафиксирован выходной сигнал, если диапазончастоты достаточно сильной вибрации совпадает сдиапазоном частоты предполагаемого расхода.Конструкция вихревого расходомераRosemount 8800 сводит данное воздействие кминимуму, а заводские настройки обработкисигнала выбираются таким образом, чтобыустранить подобные ошибки в большинствеприменений.Если при нулевом расходе все же наблюдаетсяошибка выходного сигнала, то ее можноустранить, регулируя уровень отсечки малогорасхода, уровень срабатывания или частотусреза фильтра низких частот.

Как только через датчик начинается движениепотока, сигнал расхода почти полностьюперекрывает воздействие вибрации. Приминимальном или близком к нему расходежидкости и стандартной установке на трубе,максимальная вибрация должна составлять0,087 дюйма (2,21 мм) смещения на величинудвойной амплитуды или ускорением не более1g в зависимости от того, какое из значенийменьше. При минимальном или близком к немурасходе газа и стандартной установке на трубе,максимальная вибрация должна составлять0,043 дюйма (1,09 мм) смещения на величинудвойной амплитуды или не более 0,5g взависимости от того, какой из показателей меньше.

ПРИМЕЧАНИЕРегулировка фильтров обработки сигнала можетповлиять на устойчивость вихревого расходомерак вибрации. Вышеупомянутые спецификации повибрации созданы на основании заводских настроекфильтра по умолчанию.

Вибрация трубыВибрация трубы может быть вызвана многимифакторами, включая клапаны, двигатели, наносы,вращающееся оборудование и прочие источникипомех на трубе. Чрезмерная вибрация трубы можетвызвать нарушение целостности трубы, утечки илиповреждение оборудования. Кроме того, она можетпривести к фиксированию ложных данных вихревымрасходомером.

Балансировка массПервым решением, применяемым вихревымрасходомером Rosemount 8800 для обеспеченияустойчивости к вибрации, является балансировкамасс. Балансировка - это способ механическогоконструирования, при котором масса вокруг осевойточки сенсорной системы уравновешена, врезультате чего центр тяжести системы движетсявместе с любой вибрацией трубы. Как следствие,вибрация самой трубы не вызывает движениясенсорной системы, которое приводит квоздействию на пьезоэлектрический элемент. Приотсутствии воздействия на пьезоэлектрическийэлемент не вырабатывается электрический сигнал,который может быть принят за расход.

Адаптивная обработка цифровыхсигналовВторым решением, применяемым вихревымрасходомером Rosemount 8800 для обеспеченияустойчивости к вибрации, является адаптивнаяобработка цифровых сигналов (ADSP). Технологияадаптивной обработки цифрового сигнала (ADSP)расходомеров Rosemount 8800 настраивается назаводе-изготовителе таким образом, чтобыобеспечивать оптимальную фильтрацию вдиапазоне расхода с учетом условного прохода,технологической среды и ее плотности. Вбольшинстве применений подходят заводскиенастройки этих параметров, однако, в некоторыхприменениях может потребоваться регулировкаадаптивной обработки цифрового сигнала дляисключения помех, вызванных вибрацией трубы.

РЕГУЛИРОВКА ФИЛЬТРОВ ДЛЯРЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ВИБРАЦИИВ данном разделе будут представленырекомендации по регулировке фильтра, когдарасходомер фиксирует ложные показания потокаиз-за чрезмерной вибрации трубы.

Вибрация трубы может возникнуть в любомнаправлении обычно при частоте менее 20 Гц.Вибрация трубы особенно опасна, когда онанаправлена вдоль одной оси с движением телаобтекания. Однако если сумма вибраций по всемосям слишком велика, она может также вызватьрегистрацию ложного расхода прибором.Основными решениями для ограничения вибрацииявляются установка опор или распорок для трубыи изменение ориентации расходомера при установке.

ʊʝʭʥʠʯʝʩʢʠʝ ʧʨʠʤʝʯʘʥʠʷ00840-0207-4004, ʈʝʜ. AAИюнь 2009 г.

21

Rosemount 8800

ПРИМЕР № 3

(Единицы измерения США)Измеряемая среда: водаПлотность технологической среды: 62,4 фунт/фут3Скорость технологической среды: 1.0 cП Размер трубы: 2 дюймаКомпенсированный K-фактор 36,00Диапазон расхода: 0 – 100 гал/мин

УсловияВ этом примере в трубе отсутствует поток, новихревой расходомер фиксирует расход 12 гал/мин(при частоте в 7,2 Гц). Пользователю нужноустранить ложное фиксирование расхода. Дляэтого необходимо отрегулировать настройкифильтров по умолчанию, чтобы устранить помехиот вибрации.

РешениеЧтобы устранить ложное фиксирование расхода,вызванное вибрацией трубопровода нужно будетотрегулировать настройки фильтра по умолчанию.Перед регулировкой фильтра обратите вниманиена условия для повышения показателей фильтров.Первым действием при регулировке должно бытьизменение способа отклика с демпферного нашаговый, если одновременно сложилисьследующие условия:

• Показатель отсечки малого расхода вышеизмеряемого расхода.

• Шаговое изменение выходного сигналарасхода не окажет отрицательного влияния насистему управления или процесс. См. доп.информацию о возможном шаговом изменениивыходного сигнала в пункте «Отклик отсечкималого расхода» на стр. 10.

Увеличение отсечки малого расхода по сравнениюс заводскими настройками по умолчанию возможно,если одновременно сложились следующие условия:

• Низкочастотные помехи вызывают ложноесрабатывание (фиксируемые значения расходавыше фактических, или несмотря на отсутствиерасхода происходит его фиксирование).

• Применение допускает сужение диапазонарасхода после повышения уровня отсечки.

Если плотность технологической средынедостаточно высока, то повышение уровнясрабатывания может привести к снижениюточности измерений и пропуску импульсов.Возможно повышение уровня срабатывания, чтобыувеличить нечувствительность к помехам, еслисложились следующие условия:

• Плотность технологической средыдостаточно высока;• Помехи вызывают ложное срабатывание,которого нельзя избежать переносом уровняотсечки малого расхода или среза частотыфильтра малого расхода.

Пересмотр условийС настройками фильтра по умолчанию происходитфиксирование расхода при его отсутствии. Чтобыустранить ложное фиксирование расхода,необходимо повысить уровень отсечки малогорасхода.

Определение расходаРасход = 12 гал/мин (7,2 Гц) выше, чем отсечкамалого расхода по умолчанию 9,87 гал/минили 5,92 Гц.

Допустимый минимальный расходСогласно данным пользователя, допустимыйминимальный расход составляет 20 гал/мин,поэтому повышение уровня отсечки малогорасхода допустимо.

Рис. 25 Настройки фильтра по умолчаниюдля примера 3

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В




5.92(9.87 гал/мин)

Отсечкамалогорасхода

Индикация расхода(12 гал/мин)

Параметры расходаРасход = 12 гал/мин (7,2 Гц)Отсечка малого расхода по умолчанию = 5,92 Гц = 9,87 гал/мин (на основании оптимизации).Допустимый минимальный расход = 20 гал/мин

Информация о процессе



22

Рис. 26 Увеличение отсечки малого расходадля примера 3

На Рис. 26 изображены настройки фильтра приповышении уровня отсечки малого расходаотносительно уровня ложного фиксирования расхода.Согласно пункту «Отсечка малого расхода» на стр. 17отсечка малого расхода может быть отрегулирована с шагом в 18%. В этом примере потребовалось два шага.Цель регулировки уровня отсечки малого расхода -исключить ложное фиксирование расхода безизменения желаемого диапазона измерений.

Важно соблюдать правило и регулировать фильтртолько на один шаг за раз. После регулировки на шагв сторону увеличения необходимо понаблюдать заработой прибора, прежде чем приступать кдальнейшим действиям.

В этом примере регулировка уровня срабатыванияне потребовалась. Было достаточно изменитьотсечку малого расхода, чтобы исключить ложноефиксирование расхода.

ЗаключениеПо итогам анализа ситуации и пересмотра условийрегулировки фильтра были определеныоптимальные параметры отсечки малого расхода.В этом примере регулировка отсечка малогорасхода не повлияла на диапазон расхода.

0 1 10 100 1,000 10,0000 мВ

1 мВ

10 мВ

100 мВ

1 В

10 В


Ам

плит

уда

сигн

ала,

В




8.34(13.9 гал/мин)

Отсечкамалогорасхода

Сигнал вибрации (12 гал/мин)


23

Rosemount 8800

Справочные данные Таб. 2 Автонастройки фильтров плотности дляоптимизации параметров обработки сигналов

Плотность, фунт/фут 3 Плотность, кг/м 3

03,020,00,04 0,60

2,180,00,15 2,5

503,00,60 10

022,12,5 40

08510 160

0230240 640

+0821+08

Таб. 3 Стандартная частота в зависимости от технологической среды и размера трубы

Условныйпроход,дюйм

Условныйпроход,мм

Номиналь-ныйК-фактор

Жидкости Газ/пар

Минимальная частотавихреобрзования, Гц

Максимальная частотавихреобразования, Гц

48469528469,523461515,01 25 303,6 13,6 341 136 3408

8602387023,832,870451,2 50 36,05 6,3 157 63 1571

6301144011,497,010834 100 4,672 3,1 77 31 772

71512251,2973,105168 200 0,594 1,5 39 15 386

07201720,1582,00520112 300 0,170 1,0 22 9 220

Таб. 4 Номинальный К-фактор в зависимости от размера трубыУсловный проход,дюйм

Номинальный К-фактор (Тип F/W/D) Номинальный К-фактор (Тип R)

-3461515,01 25 303,6 1643

6,30332,87045,12 50 36,05 78,23

50,6397,010834 100 4,672 10,79

276,4973,105168 200 0,594 1,379

495,0582,00520112 300 0,170 0,285

Минимальная частотавихреобрзования, Гц

Максимальная частотавихреобразования, Гц

Условный проход,мм



00840-0207-4004, 06/09

Логотип Emerson является торговой и сервисной маркой компании Emerson Electric Co. Название и логотип Rosemount являются зарегистрированными товарными знаками Rosemount Inc.PlantWeb является маркой одной из компаний бизнес-платформы Emerson Process Management.Все другие торговые марки являются собственностью соответствующих владельцев.

Одобрено Комитетом Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России) изарегистрировано в Государственном реестре средств измерений РФ.Reducer Vortex является торговой маркой Rosemount Inc.MultiVariable (MV) является торговой маркой Rosemount Inc.Annubar является зарегистрированной товарной маркой компании Dieterich Standard Inc.Mass ProBar and ProBar являются торговыми марками Dieterich Standard Inc. HART является зарегистрированной торговой маркой HART Communication Foundation. FOUNDATION является торговой маркой Fieldbus Foundation.Фото на обложке: 8800-8800k921

Стандартные условия поставки можно найти по адресу www.rosemount.com/terms_of_sale

Emerson Process ManagementРоссия, 115114, г. Москва,ул. Летниковская, д. 10, стр. 2, этаж 5Телефон: +7 (495) 981-981-1Факс: +7 (495) [email protected]

Азербайджан, AZ-1025, г. Баку Проспект Ходжалы, 37Demirchi TowerТелефон: +994 (12) 498-2448Факс: +994 (12) 498-2449e-mail: [email protected]

Казахстан, 050012, г. Алматыул. Толе Би, 101, корпус Д, Е, 8 этажТелефон: +7 (727) 356-12-00Факс: +7 (727) 356-12-05e-mail: [email protected]

Украина, 04073, г. КиевКуреневский переулок, 12, cтроение А, офис A-302Телефон: +38 (044) 4-929-929Факс: +38 (044) 4-929-928e-mail: [email protected]

Промышленная группа “Метран”Россия, 454112, г. Челябинск, Комсомольский проспект, 29Телефон: +7 (351) [email protected]

Технические консультации по выбору и применению продукции осуществляет Центр поддержки ЗаказчиковТелефон +7 (351) 799-51-51Факс +7 (351) 247-16-67

Documents

Вихревой расходомер Rosemount 8800 с адаптивной ... · 2020-02-28 · Технические примечания 00840-0207-4004, Ред. AA Rosemount