周建平
上海交通大学电子信息与电气工程学院工程硕士
——2010TC型多参数变送器
引言
在工业生产过程中，测量流量的仪表很多，但采用节流装置的差压式流量计，由于节流件具有结构简单可靠、无可动部件、不怕震动、耐高温低温和其它恶劣条件，具有一套完整的技术规范和标准，可以测量液体、气体和蒸汽流量等特点，因而其所占比例最大，应用最为广泛。这种方法传统上除了配置节流件和相应差压变送器，还必须配套压力变送器、温度仪表和流量计算仪等，从而实现温压补偿推算出流量。由于配套环节多，安装维护非常不便，误差大，投资不小，使其应用受到很大的限制。
由上海威尔泰工业自动化股份有限公司与ABB公司合作生产的2010TC多参数变送器是专门用于配套节流装置(如图1所示)，同时测量差压、压力、介质温度及经温压补偿的质量流量。是一种高性能、高集成的一体化多参数流量变送器。变送器精确测量工艺过程的差压、压力及介质的温度。根据这些动态的工艺条件，并将有关的节流装置参数、被测介质物理特性参数输入变送器后，变送器电子部件的内置软件计算出经过温压自动补偿的质量流量或体积流量。
1工作原理和结构
差压式流量计采用节流装置（孔板、喷嘴、文丘里管等）进行流量测量，一般的计算公式如下：
其中：
qm——质量流量
k——比例因子
C——流量系数
ε——膨胀系数
β——孔径比（d/D）
d——节流件的开孔直径
ΔP——节流差压
ρ=流体密度
2010TC多参数变送器动态地测量上述过程变量，并进行温压补偿，参加动态补偿计算的参数有：密度（ρ）、流量系数（C）、膨胀系数（ε）等。
变送器使用先进的微硅固态传感器，模块化设计，由带集成电子适配单元的传感器模块、一个可带就地按钮控制的放大器模块及一个测量过程介质温度的四线制RTD输入组成。传感器模块是一个双腔系统，具有整体化的过载膜片、一个内部绝对压力传感器和一个硅差压传感器。绝对压力传感器仅检测高压测（+）的压力，作为静压补偿的参考值。差压传感器负压侧经毛细管与变送器负压侧相连。被测的差压经隔离膜片和罐充液，传递给硅差压传感器的检测膜片。放大器电子板对检测出来的差压、绝压及介质温度转换为与补偿后的质量流量成比例的信号。
2主要性能指标
测量参数： 差压、压力（绝对压力）、介质温度，及经温压补偿的质量流量或体积流量
测量误差：
·差压： 0.075%，包括滞后与死区等
·绝压： 0.1%
·介质温度（RTD）：+0.3℃
·质量流量：如节流装置参数准确,质量流量误差 <= 0.4%
重复性：0.01%
测量范围：
差压传感器：0- 50Pa～10MPa
绝压传感器：0- 600kPa～40MPa
介质温度：-50℃～+650℃
环境温度影响：-40℃～+80℃，对零点或对量程：0.1%
静压对差压测量影响：对零点或对量程：0.05%/10MPa
长期漂移：0.05%/12个月
输出： 4～20mA/HART、PROFIBUS-PA或FF可选
3组态方式
2010TC多参数变送器可以通过SMART VISION专用设备组态软件进行节流装置流量测量组态设置，组态好的参数下载到变送器，现场正确安装，便可自动实现液体、蒸汽、气体（如天然气）等质量流量或体积流量测量。
用户进入SMART VISION软件，选择configurate菜单中差压测量、温度测量、静压测量分项窗口，依据流量测量参数表分别设置好差压、温度及静压的测量量程范围及单位等。再打开“mass/volume flow measurement”子项窗口。选择测量介质，选项有液体、水、饱和蒸汽、过热蒸汽、气体；选择不同的测量介质，对应有不同的流量测量参数组态窗口。
流量系数C取决于节流装置的孔径比β、雷诺数和节流装置。计算出的流量系数普遍适用于所有介质。计算时选择好节流装置类型，输入最小雷诺数。膨胀系数ε的动态计算仅针对气体，对于水、液体、饱和蒸汽或过热蒸汽的计算，取ε=1。膨胀系数与孔径比β、等熵指数、差压和静压有关。尤其低静压时，补偿作用更明显。
(1)液体流量测量
介质“水”的物理特性（密度的温压特性）都已经固化在组态软件，因此只需要输入压力和温度的最大值和最小值即可。
当介质为除水之外的其它“液体”流体（包括混合液体）时，除了输入温度和压力的上、下限值，在下栏“物理特性”中输入不同温度时对应的流体密度（如图5）。根据多项式，液体的密度是温度T的函数，这样才能进行实时密度变化补偿。
(2)蒸汽流量测量
蒸汽的密度是压力P和温度T的函数。“饱和蒸汽和过热蒸汽”的物理特性（密度）都已经输入固化在组态软件，用户只需要输入温度、压力的上、下限值，结合节流装置的参数即可算出温压实时补偿后的流量。如图6所示。
如果是水和蒸汽，一般用饱和蒸汽的极限值检验显示的凝聚状态。一旦凝聚状态发生变化，变送器便发出状态信息。此时2010TC仍按极限值计算。
(3)气体流量测量
当介质为气体时，不管是纯气体还是混合气体（如天然气），根据气体的有关定律，气体的密度是压力P和温度T的函数。如图7所示，在输入气体压力、温度的最大值和最小值；对于“膨胀系数”有两种选择：若选择“缺省值（default values）”，即SMART VISION将表中Z/K设定为1，此时不修正密度；若选择“表格值（table values）”，即输入显示温度、压力所对应的实际气体因子/可压缩系数，即动态的气体膨胀系数ε。
4结束语
2010TC多参数变送器将传统节流装置测流量所需的差压变送器、压力变送器、温度变送器以及流量计算算法集成在一起，一台变送器代替了传统几台过程检测仪表。一方面大大降低了现场仪表安装、维护的工作量，降低成本，提高效率；另一方面提高了节流装置测量流量的精度、稳定性和可靠性。测量的差压精度高、量程比大，对小流量测量具有很大的优越性；而且还可以进行小流量切除、数字组态、参数计算、测量结果仿真等。由于输出符合HART、PROFIBUS-PA、FF协议，自动化控制程度和开放性大大提高。在国内蒸汽流量测量、天然气测量等方面受到广泛欢迎。目前2010TC多参数流量变送器已有许多成功应用的范例。
摘自 自动化与仪器仪表
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