红光仪表厂系列超声波流量计使用说明.docx

红光仪表厂系列超声波流量计使用说明.docx

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红光仪表厂系列超声波流量计使用说明

一产品简介

§1.1引言

欢迎您购买新一代性能更优异、功能更强大、采用专利技术制造的江苏红光仪表厂有限公司系列超声波流量计/热量表。

苏仪集团江苏红光仪表厂有限公司系列超声波流量计/热量表是在第11版超声波流量计的基础上，集多年专业生产制造超声波流量计的技术与经验，采用TI的MSP430FG4618低功耗单片机，最新开发的一种通用型高性能、低价格、高可靠性，功能强大的超声波流量计。

选用了国际上著名的半导体元器件厂商生产的最新、最先进的集成电路及微处理器等，例如TI、Maxim、Philips、Winbond、Xilinx等。

硬件设计简单、软件功能强大和界面友好。

采用低电压多脉冲平衡发射接收的专利技术，使其更能适应工业环境中的变频干扰，达到稳定、正确的工作。

§1.2系列产品的特点

测量线性度优于0.5％，重复性精度优于0.2%，高达40皮秒的时差测量分辨率，使测量精度达到±1%。

每个测量周期中128次数据采集辅助以最新研发的流量计时差分析软件，性能优异，显示数据更稳定、准确、线形度更好。

隔离型RS485双接口，流量计与二次表之间可通过RS485总线通讯，传输距离千米以上。

带有三路精度0.1%的模拟输入接口，可连接温度压力等信号。

1路4-20毫安模拟输出可作为流量/热量变送器。

2路3线制PT100电阻信号输入可作为热量表。

3路4-20毫安模拟输入，可以作为数据采集器,模拟输入接口也可以作为数字输入接口使用。

带有双路隔离型可编程OCT输出，用于输出累计脉冲、工作状态等。

污水管道测量效果好，可以对绝大多数污水管道进行稳定可靠测量。

超声波传感器可以选择外夹式，插入式，管段式，还可以支持任意角度安装的水表传感器，包括平行双插入传感器。

具有一个双向串行外设通用接口，可以直接通过串联的形式连接多个诸如4-20毫安模拟输出板、频率信号输出板、热敏打印机、数据记录仪等外部设备。

流量计工作用参数可以固化到机内的FLASH存储器中，不会发生参数丢失的问题。

固化的工作参数可以选择上电时自动调出。

硬件模块化设计。

有主板模块、4-20毫安输出模块、脉冲输出模块、打印机模块、并口键盘显示模块、串口键盘显示模块等组成，用户可根据需要选择。

MODBUS协议、MBUS协议、FUJI扩展协议、简易水表协议等不同的软件通信协议供用户选用。

推荐的协议是MODBUS-RTU或MODBUS-ASCII协议。

日累计可记录前64天，月累积前32个月（2年），并且增加了年月日记录内容。

年月日累积数据都可以通过MODBUS协议读出。

16次上断电时间流量计记录。

数据都可以通过MODBUS协议读出。

定时打印、数据输出功能，自动显示下次打印输出的时间，22项可编程定时打印内容。

定时打印功能能够实现数据的自动定时输出或者是自动记录。

OCT1累计脉冲输出的脉冲宽度可以在6毫秒-1秒之间设定。

出厂默认值是200毫秒。

串口键盘显示组件可直接连接在串口上，参数设置完成后即可带电拔插。

具有依靠流体声速判断流体种类的功能，可以对流体类型做出识别。

具有一个可编程内置的定量控制器。

可使用外部输入信号或者是MODBUS指令启动。

可以24V（江苏红光仪表厂有限公司M使用DC8～36V）直流电源工作或选择AC220V。

工作电流小于50毫安。

§1.3系列产品主板电气原理框图

§1.4系列产品测量原理

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速。

零流量时，两个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同（唯一可实际测量零流量的技术），液体流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间。

其关系符合下面表达式：

其中：

θ为声束与液体流动方向的夹角

M为声束在液体的直线传播次数

D为管道内径

Tup为声束在正方向上的传播时间

Tdown为声束在逆方向上的传播时间

ΔT=Tup–Tdown

§1.5应用领域

1.给水和排水

5.水利和水资源

9.流量巡检、流量跟踪和采集

2.石油、化工

6.节能监测、节水管理

10.热量测量、热量平衡

3.冶金、矿山

7.造纸、船体制造行业

4.供暖、发电

8.食品和医药

§1.6超声波流量计专用二次表

超声波流量计/热量表专用二次表通过RS485总线与一次测量表之间通讯，采用普通电缆即可，传输距离可达1000米以上。

二次表主要用于远传显示及参数设定。

§1.7超声波流量传感器

可选配传感器

型号

测量范围

流体温度

精度

外夹式

TS-1（小型）

DN15-100mm

-30-160℃

±1%

TM-1（中型）

DN50-1000mm

TL-1（大型）

DN300-6000mm

插入式

TC-1（标准插入）

DN80-6000mm

-40-160℃

±1%

TLC-2（加长插入）

管段式

TGB-1

标准管段式

DN15-1000mm

-40-160℃

±0.5%

二安装测量

§2.1开箱检查

请检查备件是否与装箱单内容相符？

运输中机壳是否受损？

是否有螺丝脱落？

连线是否松动？

如有问题，请尽快与厂家联系。

§2.2键盘

江苏红光仪表厂有限公司键盘如右图所示：

0－9和.键用于输入数字或菜单号；

◄键用于左退格或删除左面字符；

▲/+和▼/-用于进入上一菜单或下一菜单，

在输入数字时，相当于正、负号键；

MENU键（以后文字描述时，简称为M键）用于访

问菜单，先键入此键后再键入两位数字键，即可进入数字

对应的菜单窗口，例如：

欲输入管外径，键入MENU11即可，其中“11”是管外径参数窗口地址码；

ENT键,为回车键，也可称为确认键，用于“确认”已输入数字或所选择内容。

另一个功能是在输入参数前按此键用于进入“修改”状态。

蜂鸣器发出的按键提示“吡吡”音，可使用77号窗口选择第15项。

§2.3窗口操作

江苏红光仪表厂有限公司采用了窗口化软件设计，所有输入参数、仪器设置和显示测量结果统一细分为100多个独立的窗口表示，使用者通过“访问”特定的窗口即可达到输入参数、修改设置或显示测量结果的目的，窗口采用两位数字（包括+号）编号，从00~99，然后是+0、+1等。

窗口号码或称窗口地址码，表示特定的含义，例如11号窗口表示输入管道外径参数，25号窗口显示传感器安装距离等，见窗口详解一章说明。

访问窗口的快捷方法是在任何状态下，键入MENU键，再接着键入两位数的窗口地址码。

例如欲输入或查看管道外径参数，窗口地址为11，键入MENU11即可。

访问窗口的另一种方法是移动访问，使用按键▲/+和▼/-及ENT键，例如当前窗口为66，键入▲/+即进入窗口65，再键入▲/+进入窗口64；键入▼/-后，又回到窗口65，再键入▼/-又进入窗口66。

窗口地址码的安排是有一定规律的（请见“窗口祥解”章），使用者并不需要一一记住，只需记住常用窗口的地址码以及不常用窗口的大体位置即可。

使用时暂时进入大体相邻的窗口，然后使用▲/+和▼/-键找到欲访问窗口。

有机的结合使用快捷方法和移动方法，可发现访问窗口的操作方法实际上既简单又方便。

窗口本身主要分为三种类型：

数据型,例如M11，M12；

选择项型，例如M14；

纯显示型，例如M01，M00。

访问数据型窗口，可以查看对应的参数。

如果欲修改数值，可直接键入数值键然后回车ENT，也可键入回车键ENT后，再键入数字键，然后再键入回车键ENT确认。

例如，欲输入管道外径参数为219.2345，按键如下：

MENU11进入11号窗口，所显示的数值是上次输入的值，这时可键入ENT键，在屏幕第二行左端显示“>”和闪动的光标，输入数值参数；也可以不键入ENT键，直接键入数字键如下:

219.2345ENT

访问选择型窗口，可以查看对应所选择的选择项。

如果欲进行修改，必须先键入回车键ENT，这时屏幕左边将出现“>”和闪动的光标，表示进入可修改选择状态。

使用者可使用▲/+和

▼/-键移出所要的选择项后，再键入ENT键确认；也可以直接输入数字对应的选择项，键

入ENT键确认。

例如管道的材质是不锈钢，键入MENU14，进入14号窗口，键入ENT，

进入修改状态。

这时可使用▲/+和▼/-键移出“1.不锈钢”选项，键入ENT键确认；也可在修改状态下直接键入数字键1，屏幕第二行将显示“1.不锈钢”键入ENT键确认。

一般情形下，如果想进行“修改”操作，必须先键入ENT键（数字型窗口可以省掉），如果出现键入ENT键后，不能进入修改状态的情况，是仪器已加上了密码保护。

用户必须在47号窗口中选择“开锁”项，并输入原密码后，方能进行修改操作。

如果按键后机器没有反应，说明键盘已经“锁定”。

解除键盘锁定的唯一途径是键入锁定操作输入的密码，此时显示器并不显示输入的密码，若输入的密码正确，再按键就有反应。

锁定功能们于48号窗口。

§2.4快速输入

江苏红光仪表厂有限公司常规测量时需要输入下列参数：

1.管道外径

2.管壁厚度

3.管材

4.衬材参数（如有的话，可包括衬里厚度和衬材声速）

5.液体类型

6.传感器类型（因为主机可支持多种不同传感器）

7.传感器安装方式

上述参数条件的输入步骤一般遵循下列设置步骤：

1.键入MENU11进入11号窗口输入管壁厚度后键入ENT键；

2.键入▼/-进入12号窗口输入管壁厚度后键入ENT键

3.键入▼/-进入14号窗口ENT，▲/+或▼/-选择管材后键入ENT键；

4.键入▼/-进入16号窗口ENT，▲/+或▼/-选择衬材后键入ENT键；

5.键入▼/-进入20号窗口ENT，▲/+或▼/-选择流体类型后键入ENT键；

6.键入▼/-进入23号窗口ENT，▲/+或▼/-选择传感器类型后键入ENT键；

7.键入▼/-进入24号窗口ENT，▲/+或▼/-选择安装方式后键入ENT键；

8.键入▼/-进入25号窗口，按所显示的安装距离及上步所选择的安装方式安装好传感器（见下节传感器安装部分）；

9.键入MENU01进入01号窗口显示测量结果。

§2.5安装传感器

江苏红光仪表厂有限公司系列超声波传感器有三种供用户选择：

外夹式、插入式、管段式。

外夹式传感器的安装方式有四种，即：

V法、Z法、N法、W法（详见§2.6.3）。

插入式传感器的安装方式采用Z法（详见§2.6.4）。

管段式传感器的安装只需用户选好安装点现场断管安装法兰连接即可（详见§2.6.5）。

§2.5.1选择安装测量点的工矿要求

江苏红光仪表厂有限公司系列超声波流量计的安装在所有流量计的安装中是最简单便捷的，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把传感器固定在管道上即可。

为保证测量精度和稳定性，传感器的安装点应选择在流体分布均匀的直管段部分（安装时管道中必须充满液体），必须遵循以下原则：

1.选择充满流体的材质均匀质密、易于超声波传输的管段，如垂直管段（流体向上流动）或水平管段。

2.安装距离应选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，安装点应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源。

3.避免安装在管道系统的最高点或带有自由出口的竖直管道上（流体向下流动）

4.对于开口或半满管的管道，流量计应安装在U型管段处

5.安装点的温度、压力应在传感器可工作的范围以内。

6.充分考虑管内壁结垢状况：

尽量选择无结垢的管道进行安装，如不能满足时，可把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度

7.两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴线水平位置±45o范围内安装，以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。

如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器。

传感器安装点示例

§2.5.2在仪表井里安装传感器的施工要求

如现场传感器需要安装在仪表井里时，就必须需要有一定的安装空间，以便于人能直立工作，即管壁到墙壁之间的距离至少550mm以上，即宽度W>（D+550×2）mm,水泥管路W>（D+700×2）mm，仪表井轴向宽度L>D+1200mm，安装传感器时，应避开法兰、焊缝、变径，并尽量安装在管道轴线水平位置±45o范围内，然后将主机壳体接地。

§2.5.3外夹式传感器的安装方法

安装前首先应选择管材致密部分进行传感器安装，然后将管外欲安装传感器的区域清理干净，除掉锈迹油漆，如有防锈层也应去掉，最好用角磨机打光，再用干净抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰尘，然后在欲安装传感器的中心周围管壁涂上足够的超声波专用耦合剂，最后把传感器紧贴在管壁上捆绑好，千万注意在贴好的传感器和管壁之间不能有空气泡及沙砾。

§2.5.3.1安装距离

外夹式传感器安装间距以两传感器的最内边缘距离为准（参见安装示意图），间距的计算方法是首先在菜单中输入所需的参数以后，查看窗口M25所显示的数字，并按此数据安装传感器。

§2.5.3.2安装方式

外夹式传感器的安装方式有四种。

分别是V法、Z法、N法和W法（详见安装示意图）。

一般情况下，安装管径在DN15-200mm范围内可优先选用V法，在V法测不到信号或信号质量差时可选用Z法，管径在DN200mm以上或测量铸铁管时应优先选用Z法。

N法和W法是较少使用的方法，适合DN50mm以下的细管道安装。

Ｖ法（常用的方法）

一般情况下，V法是比较标准的安装方法，使用方便，测量准确，安装时两传感器水平对齐，其中心线与管道轴线水平即可，可测管径范围为DN15mm-DN400mm。

Ｚ法（最常用的方法）

当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚等原因，造成V法安装信号弱，机器不能正常工作时，就需要选用Z法安装。

Z法的特点是超声波在管道中直接传输，没有反射（称为单声程），信号衰耗小。

Z法可测管径范围为100mm至6000mm。

现场实际安装时，建议200mm以上的管道都要选用Z法（这样测得的信号最大）。

Ｎ法（不常用的方法）

N法的特点是通过延长超声波传输距离来提高测量精度。

使用N法安装时，超声波束在管道中反射两次穿过流体三次（称为三声程），适于测量小管径管道。

Ｗ法（极不常用的方法）

同N法一样，W法也通过延长超声波传输距离的办法来提高小管径测量精度。

W法适于测量50mm以下的小管。

使用W法安装时，超声波束在管内反射三次，穿过流体四次（称为四声程）。

§2.5.3.3传感器接线图

注意事项

1.　安装时必须把欲安装传感器的管道区域清理干净，使之露出金属的原有光泽；

2.　超声波信号电缆的屏蔽线可悬空不接，不要与正、负极（红、蓝线）短路；

3.　传感器接好后必须用密封胶（耦合剂）注满，以防进水；

4.　传感器注满密封胶盖好盖后，必须将传感器屏蔽线揽进线孔拧好锁紧，以防进水；

5.　捆绑传感器时应将夹具（不锈钢带）固定在传感器的中心部分，使之受力均匀，不易滑动；

6.　传感器与管道的接触部分四周要涂满足够的耦合剂，以防空气、沙尘或锈迹进入，影响超声波信号传输。

§2.5.4插入式传感器

江苏红光仪表厂有限公司的插入式传感器是集外夹式传感器与标准管段式传感器二者优点于一身的产品，其特点为：

1.插入式传感器的超声波发射晶体与被测量液体直接接触，提高了测量精度和机器的运行稳定性；

2.解决了由于管道内壁结垢或腐蚀严重时，使用外夹式传感器信号弱、测量不正常的难题；并且可以在水泥管、玻璃钢等不可焊接或不能传输超声波信号的管道上安装；

3.解决了由于外夹式传感器长时间使用，造成耦合剂干燥而影响超声波信号不能正常传输、不能正常工作等问题；

4.现场安装使用专业开孔工具，可以在带压不停水的情况下在被测管道上打孔安装，使传感器和被测介质直接接触从而实现流量的测量，并保证了生产正常稳定的运行、无压力损失等特点，日后维护也无需停水；

5.相对电磁流量计，在大口径管道上使用既经济实用，又提高了测量的精确性、可靠性。

插入式传感器共有两种型号可供选择：

名称

TC-1（标准插入）

TLC-2（加长插入）

适用管径

DN80mm以上

DN80mm以上

安装空间

≥550mm

≥700mm

流体温度

-40℃－160℃

-40℃－160℃

传感器材质

304不锈钢

304不锈钢

安装管道材质为碳钢或不锈钢时可直接焊接安装，对于不可直接焊接的管道，如铸铁、玻璃钢、PVC、水泥管等需配备厂家制作的专用管箍方可安装，如用户订货时遇到此类型情况，请告知厂家待安装管道的外径，以防漏水。

§2.5.4.1安装工具

安装插入式传感器需要使用专用的开孔定位工具（详见§2.6.4.6）、4000W手电钻（最好是可高层调速）、扳手及改锥等工具。

§2.5.4.2安装距离

插入式传感器安装间距以两传感器的中心沿管轴方向的距离为准（详见示意图），间距的计算方法是首先在菜单中输入所需的参数以后，查看窗口25所显示的数字，并按此数据安装传感器。

§2.5.4.3安装方式

插入式传感器安装方式只有一种，即Z法，通常管径在DN80mm以上都可使用。

§2.5.4.4安装点定位

将管道参数输入主机，计算出安装距离，然后根据安装距离定出两个传感器的位置（两个传感器一定要保证在同一轴面上），安装距离为两个传感器的中心距。

一、制作定位纸：

取一条长4D（D为管径），宽200mm（或D）的矩形纸带（根据现场情况，可以用防湿、防腐蚀的材料代替纸带），在距边缘约100mm处划一条线；（如图1）

二、将定位纸缠绕在表面已清理干净的管道上，注意必须把纸两边互相重合对齐，才能使所划的线与管轴相平行；（如图2）

三、延长定位纸上的直线在管道上划一直线，所划直线与定位纸一边缘相交点为A；（如图3）

四、从A点开始，沿着定位纸边缘量出管道1/2周长，该平行交叉点为C，在C点划一条与管轴平行的直线（也就是与定位纸上的直线平行）；（如图4）

五、去掉定位纸，从点C开始，在所划直线上量出安装距离L，从而决定出B点。

这样A、B两点为安装位置；例如L=280mm　（如图5），将球阀底座分别焊接在A和B两点上，注意球阀座中心点一定要分别与A和B两点重合。

§2.5.4.5　焊接球阀底座（如图6）

对于可焊接管材（如钢、不锈钢等）只需将球阀底座直接焊在管道外壁上（不锈钢管材需焊接不锈钢底座，订货时请注明）。

焊前必须将焊点附近的管道表面处理干净，除掉锈迹油漆，如有防绣层的也应去掉，并用抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰尘，然后焊接即可，但必须保证球阀底座中心点与A和B两点重合，焊接时注意一定不要夹杂气孔，以防漏水，甚至断裂。

对于不可直焊接管材（如铸铁、水泥管等），需采用定制的专用管卡子（带密封用胶垫），球阀底座已事先焊在管卡子上，将管卡子直接紧固到被测管道上，保证球阀底座中心点与A和B两点重合。

并将球阀底座紧固在管道外壁上，一定要密封好，以防漏水。

将球阀底座上缠好生料带，拧上球阀。

§2.5.4.6　钻孔（如图7）

将开孔器密封护套与特制球阀外螺纹连接，拧紧后，打开球阀，推动钻杆直至与管道外壁接触，将手电钻与钻杆接好锁紧，接通电源，开始钻孔，在钻孔过程中电钻保持低速转速不要过快、以免卡钻，甚至钻头折断，钻透后，拔出钻杆直到开孔器钻头的最前端退至球阀芯后，关上球阀，卸下开孔器。

§2.5.4.7　钻孔（如图8）

把锁紧螺母旋至传感器底部，将传感器旋入特制球阀导向螺纹，当旋至球阀芯时，打开球阀，继续旋入传感器，直至传感器前端伸出管道内壁，调整好传感器的角度，（两个传感器进线孔应同时向上或向下），紧固好锁紧螺母,最后将线接好，用硅橡胶密封接线处。

传感器伸入管内壁尺寸计算（如图9）

插入式传感器为不锈钢模具精铸，传感器的长度A（出厂时A值已固定）和管壁厚度B已知，传感器留在管道外侧长度L也可测量，只需L=A–B，并使C=0即可。

各型号的长度A值为：

标准插入型：

A=195mm

加长插入型：

A=310mm

§2.5.4.8　接线

接线完毕后，锁紧进线孔螺母（注意密封垫不要丢失），最后拧紧密封盖，防止漏水。

§2.5.4.9　传感器接线图

§2.5.4.10维修

插入式传感器的维修非常简单，只需按安装的相反过程，将旧的传感器卸下，换上新传感器即可。

注意事项：

1.球阀底座的焊接过程中一定避免夹渣、砂眼、渗水等现象；

2.两个球阀底座的焊接必须保证在同一轴面上，以防超声波信号接收不理想；

3.开好孔后必须将球阀内铁屑等杂质清理干净，以防传感器探杆放入时出现螺纹粘连、犟死等现象。

4.必须保证两个传感器前端的超声波信号发射面对上（即两个传感器的进线孔一致，同时向上或向下）；

5.传感器安装完后一定将锁紧螺母拧紧，以防传感器松动；

6.接好线后一定将密封盖拧紧，以防进水。

§2.5.5管段式传感器

江苏红光仪表厂有限公司的标准管段式传感器具有测量精度高、安装简单等特点。

根据现场情况，用户需提前向厂家订做，并提供实际管道参数，厂家出厂前将参数置入机器内，现场安装就无需输入参数，只需选好安装点断管焊接法兰连接即可。

管段式传感器共有两种款式供用户选择：

（详见附录3）

标准π型管段式传感器（适用管径DN10mm—DN40mm）

标准管段式传感器（适用管径DN50mm-DN1000mm）

标准π型管段式传感器标准管段式传感器

传感器接线图

三本地显示与操作

§3.1本地段式LCD显示及操作

江苏红光仪表厂有限公司主板（除江苏红光仪表厂有限公司S外）上都有一个96段LCD显示器。

其中最经常使用的8个窗口安排在最前面，并且具有三角形指示器指向面膜上的说明字符，便于用户辨认。

并具有自动循环显示功能。

循环间隔为固定8秒时间。

本地段式LCD显示器只能用于显示目的，仪表参数的设置需要使用并口键盘显示器，或者使用RS485接口的串行键盘显示器才能进行。

正累积量

瞬时流量

累积热量

热流量

温度

当前温差

故障时间

状态

显示样式如上图示

*

用于显示数值量；

*

符号表示超声波信号强度；

*

符号表示超声波信号质量（Q值）；

*

符号转动表示流量不为零；

*

符号表示存在需要修理的故障；

*

符号表示流体流动方向；

*

符号表示流量为零或未达到额定灵敏度；

*

符号表示电池电量

*m3/h符号表示瞬时流量（立方米/每小时）；

*GJ/h符号表示瞬时热量（吉焦耳/每小时）

*kwh,符号表示累积热量（千瓦时）

*∆