西克麦哈克超声波流量计说明书.docx

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西克麦哈克超声波流量计说明书

1.安全说明

1.1授权的操作者

1.2按照计划要求应用

1.3安全信息和测量时的防护

1.3.1一般性标注

1.3.2来自电器设备的危险

1.3.3来自热、腐蚀、或压力气体的危险。

1.3.4失去空气保护

1.3.5故障的检测和预防

2.产品介绍

2.1特点和应用

2.2系统组成和工作原理

2.2.1系统组成

2.2.2工作原理

2.3系统组件

2.3.1FLSE1000发射/接收装置

2.3.1.1使用空气保护的发射/接收装置

2.3.1.2不用空气保护的发射/接收装置

2.3.1.3用于烟道内部高烟气压力的发射/接收装置

2.3.2法兰管

2.3.3计算装置

2.3.4连接电缆

2.3.5数据传输装置的选择

2.3.6空气保护装置的选择

2.3.7测量管的选择

2.4计算

2.4.1体积流量计算及校准

2.4.2温度的标定

2.4.3响应时间

2.5检查循环

2.5.1零点的检测

2.5.2跨度试验

2.5.3在模拟输出上的检查循环

2.6技术数据

3.装配及安装

3.1计划

3.2安装前的准备

3.2.1测量位置及安装位置的确定

3.2.2选择法兰

3.3安装说明

3.3.1安装法兰

3.3.1.1烟筒直径＞0.5m时

3.3.1.2烟筒直径＜0.5m时

3.3.1.3FLSE100UMA和UMDPN16法兰的安装

3.3.2安装计算装置

3.3.3.安装空气保护装置

3.3.4安装空气保护装置的防护罩

3.4安装

3.4.1一般说明，准备

3.4.2连接空气保护装置

3.4.3安装并连接发射/接收装置

3.4.4连接计算装置

3.4.4.1FLA100-A计算装置

3.4.4.2FLA100-D计算装置

3.4.5数据中继站的安装和连接

3.4.6模块的安装

4.授权的操作者及参数化

4.1.基本情况

4.1.1总则

4.1.2前提条件

4.1.3准备

4.1.4MEPAFLOW短语解释

4.2标准的服务程序

4.2.1基本设置

4.2.2.输入安装数据

4.2.3设定输出变量

4.2.3.1显示

4.2.3.2模拟输出

4.2.3.3继电器的分配

4.2.3.4响应时间

4.2.3.5检查循环

4.2.4.检查测量值以及启动标准测量模式

4.2.4.1传感器温度

4.2.4.2检查信号状态

4.2.4.3数据备份

4.2.4.4启动标准测量模式

4.3服务人员

4.3.1.装置的参数选择

4.3.1.1模拟模式

4.3.1.2接口模式

4.3.1.3脉冲的输出

4.3.2.用于测量值和校准值的附加变量

4.3.2.1对于气体流速测量输入标定系数

4.3.2.2温度测量的标定

4.3.2.3标态的体积流量测量

4.4显示和存储功能

4.5计算装置上的按键

5.维护

5.1一般性说明

5.2维护发射/接收装置

5.2.1拆卸发射/接收装置

5.2.2清理发射/接收装置

5.3维护空气保护装置

5.3.1检查

5.3.2更换过滤器芯

6.故障

6.1.在计算装置上的显示

6.1.1没有指示

6.1.2状态指示

6.1.3报警信息

6.1.4故障信息

6.1.5测量数值不合理

6.2.试验和判断

6.2.1检查接线端子

6.2.2检查循环的图形显示

6.3.故障及可能的排除方法

6.3.1内部流程，信号处理

6.3.2.错误信息

6.3.2.1“错误！

通讯”

6.3.2.2“错误！

接口噪音”

6.3.2.3“错误！

无信号”

6.3.2.4“错误！

测量范围”

6.3.3试验发射/接收装置

6.4.内部装置参数的完善

6.4.1信号参数

6.4.2用于计算振幅和时间窗口的参数

6.4.3用于测量数值的参数

6.4.4标准参数

7.修理

7.1发射/接收装置

7.1.1带使用空气保护的发射/接收装置

7.1.2不用空气保护的发射/接收装置

7.2计算装置

7.2.1更换电路板

7.2.2更换EPROM

8.部件概况

8.1.标准的组件

8.1.1发射/接收装置

8.1.2带有管子的法兰

8.1.3连接电缆（用于数字信号通讯）

8.1.4计算装置

8.2.选择部件

8.2.1空气保护装置

8.2.2防护罩

8.2.3模块

8.2.4其它

8.3.两年的消耗件

8.3.1发射/接收装置

8.3.2空气保护装置

8.4.备件

8.4.1发射/接收装置

8.4.2计算装置

8.5.尺寸图

8.5.1发射/接收装置

8.5.2计算装置

8.5.3空气保护装置

8.5.4防护罩

9.压力型号FLOWSIC100的TÜV认证

1.安全说明

1.1授权的操作者

为了操作者的安全，必须保证以下几点：

·测量系统上的全部工作必须由有经验的操作人员或专家级人员进行。

·在操作过程中，注意来自高温、有毒、爆炸物、高压气体、气/液混合物或因其它原因造成的危险，注意采取安全防护措施。

1.2按照计划要求应用

测量系统只能在制造厂允许的特定环境中使用，在以下方面是非常重要的：

·系统的运行要按照技术数据要求和说明书中的注意事项进行。

包括：

组装、连接、环境、和工作条件。

·满足测量和维护的要求，例如：

维护和检查时的必要防护。

1.3安全信息和测量时的防护

1.3.1总则

·在进行安装工作之前，要认真阅读说明书。

·按照当地有关部门对安全的特殊要求进行工作。

·测量系统的运行程序和计划设计必须安装位置相适应。

·在工作过程中，注意人员和设备的安全。

1.3.2来自电器设备的危险

FLOWSIC100的电器设备使用工业用电，在连接电源要断开电路。

如有必要，在进行工作之前进行测量以确保安全。

1.3.3来自热、腐蚀、或压力气体的危险。

发射/接收装置直接安装在烟道墙壁上，只有在低危险性的情况下才可以进行安装。

如：

没有伤害的危险、与环境压力相近、低温、没有爆炸的危险等。

警告：

如果安装点位置的气体存在有毒、有爆炸的危险、高压或高温的情况，在进行发射/接收装置的安装或拆卸之前，必须关闭装置。

1.3.4失去空气保护

某些规格的系统为了在高温或在腐蚀性气体中保护超声波传感器，配备有空气保护装置。

如果失去了空气保护，传感器很快就会被破坏；因此，必须保证以下几点。

·空气保护装置必须使用单独的电源，电源不能中断。

·空气保护的故障必须能够直接检测出（例如使用压力监视器）。

·一旦空气保护装置出现故障，必须尽快地从烟道上将发射/接收装置拆下并密封法兰的出口（例如使用盲板法兰）。

1.3.5故障的检测和预防

对任何正常运行的装置，必须注意其功能被毁坏的危险，这包括：

·在测量结果中出现大的漂移。

·电力消耗增加。

·系统组件温度升高。

·监视器装置被触发。

·空气保护装置的风扇出现异常强烈的振动或异常的运转噪音。

·冒烟或异常的气味。

为了防止故障，防止对人员或系统直接或间接地造成伤害，操作时必须保证：

·任何时候，维护人员都能够迅速到达现场。

·维护人员对维修FLOWSIC100必须具有一定的经验。

·在必要时关闭设备。

·关闭设备时不要间接地引起其它的故障。

2.产品介绍

2.1特点和应用

FLOWSIC100测量系统同时测量气体的流速和温度；还可以根据流速计算并输出体积流量；如果输入烟气的温度和压力，可以计算出标准状态下的流量。

特点：

·模块设计

通过正确地选择模块，可以满足不同的应用范围；因此，FLOWSIC100可以在许多场合下应用。

·测量穿过整个烟道直径，气体流速的测量与气体的压力、温度、气体的组成有关。

·数字化的过程，保证测量值具有高的精度，干扰造成的影响小。

·通过自动检查循环进行自身试验；

·容易安装。

·消耗低。

·对材料的需求最少。

应用：

FLOWSIC100可以测量管道、烟道、废气以及烟筒中排出气体的流量；在纯净气及原料气体中均可应用；即可以用在闭路循环中，也可以用在敞开的气路中。

系统的适用范围如下：

·过程控制工程

—化工厂

—制药、粮食和食品工业中的干燥和加工过程

—塑料加工过程中的加热处理和精炼工厂。

·过程测量及排放监测

—公用事业的工厂；如：

发电厂和公用事业的锅炉。

—垃圾处理；如：

垃圾焚烧厂。

—基础工业；如：

化工工业、钢铁工业。

·在工业和农业中，对通风、加热及空气调节系统进行流量的测量。

2.2系统组成和工作原理

2.2.1系统组成

测量系统的组成部件如下：

·FLSE1000发射/接收装置；用来发射和接收超声波脉冲。

·带有管子的法兰；用来在烟道上安装发射/接收装置。

·FLA100计算单元；用于信号处理、系统的功能控制、信号的输出/输入。

·连接电缆；用于在发射/接收装置和计算单元之间进行模拟或数字信号通讯。

·空气保护装置（选择件）；用于在高温气体中冷却发射/接收装置并保持超声波传感器的洁净。

·测量管路（选择件）；预先安装的法兰，用来安装发射/接收装置。

图2.1FLOWSIC100系统组成

2.2.2工作原理

FLOWSIC100通过测量超声波脉冲的滞后时间来进行气体流速的测量；发射/接收装置安装在烟道的两侧，并与气体流动的方向成一定的角度（见图2.2）。

发射/接收装置包括压电式超声波发生器和接收器。

声波脉冲与气体流动的方向成夹角α；超声波与气体流动方向逆流与顺流的传送时间由夹角α和气体的流速v决定（公式2.1和2.2）；超声波传输时间的差值越大，则气体的流动速度越快；温度和压力的波动能够引起超声波传播速度的变化，但是在这一测量方法中，并不影响对气体流速的计算。

气体流速的计算：

测量路径L等于实际的测量距离；即，在流动的气体中实际通过的路程。

已经知道了测量路径L，声音速度c，声波方向与气流方向的角度α，则声波顺着气体流动方向的传播时间为：

tv＝L／（C＋v·cosα）（2.1）

声波逆着气体流动方向的传播时间为：

tr＝L／（C－v·cosα）（2.2）

因而可以得到：

v＝（L／2·cosα）·〔（1／tv）－（1／tr）〕（2.3）

分别测量传输时间，则气体的流速仅仅与实际测量距离和安装角度有关。

声音速度

可以根据公式2.1和2.2计算声音的速度；

C＝（L／2）·〔（tv＋tr）／tv·tr〕（2.4）

根据公式2.5和2.7，应用声音的速度可以判断出气体的温度和气体的分子量。

C＝Co·〔1＋（θ／273℃）〕1/2（2.5）

v：

气体流速m/s；L：

测量距离m；α：

安装角度°；

tv：

顺着气流方向的传输时间；tr：

逆着气流方向的传输时间；

图2.2FLOWSIC100的工作原理

计算气体温度

因为声音速度由温度决定，因而可以根据声波的传输速度计算出气体的温度（根据公式2.4和2.5确定温度θ）：

θ＝273℃·〔（L2／2·Co2）·〔（tv＋tr）／tv·tr〕2－1〕（2.6）

公式2.6表示，根据已经知道的测量路径L和标准状态下的声速，通过测量声波的传输时间可以计算出气体的温度。

计算分子量

声波在标准状态（0℃，1013mbar）下的传播速度Co（对于空气，为331m/s）与气体的分子量M有关。

Co＝（κ·R／M）1／2（2.7）

式中：

R为气体常数；κ为绝热系数。

气体组分的变化也能引起Co的变化；超声波的传输时间由Co决定，因此也可以监测气体组分的变化。

判断：

某些自然界中的气体，可以计算出声波在其中的速度（必须已经知道κ值）。

根据公式2.4计算出的数值与测量值进行比较，可以得出近似的结果。

确定体积流量：

工作状态下的体积流量是根据烟道的几何尺寸进行计算的；计算标准状态下的流量需要温度、压力和湿度三个工艺参数；在2.4部分有更加详细的描述。

2.3系统组件

2.3.1FLSE1000发射/接收装置

发射/接收装置由电器件、连接管、烟道探头和传感器模块组成。

在不同的型号中均有这些基本的组件。

根据下列条件选择型号：

·气体的温度

发射/接收装置运行时是否需要使用空气保护（根据是否必要）？

这将由所选择的探头材料（PVDF或钢）和传感器的类型（带有空气保护/不需要空气保护）决定。

·气体的组成（腐蚀、轻微腐蚀或没有腐蚀）

根据探头材料是否防止腐蚀来进行选择；（探头材料：

PVDF、不锈钢、钛合金；传感器外壳材料：

铝合金、钛合金；）

·烟道直径、声音的衰减、灰尘含量

要求所选择的传感器能够输出传送信号。

（中等功率、大功率；）

·烟道墙壁的厚度

根据墙壁的厚度选择相应级别长度的探头；超出长度范围时需要专门订货。

·组装形式

在两侧安装，每一侧的烟道墙壁上安装一个发射/接收装置；或单侧安装，使用一个发射/接收装置（专用的测量探头型号）。

·法兰的尺寸

大或小的法兰尺寸（安装孔的直径为75mm或100mm）。

·发射/接收装置与计算单元之间的距离

由信号传输的类型（模拟或数字）、探头的电路及计算装置决定。

·烟道内部压力

当烟道内部压力超过100mbar时必须使用耐压的型号。

·对保证书的要求

防爆要求，压力范围，对于辐射测量的鉴定试验。

按照结构、型式及材料的不同进行选择。

标注如下：

发射/接收装置的型号选择标准FLSE100XXX（X）XXXXXX

是否需要空气保护

P：

需要

U：

不需要

传感器功率

M：

中等功率

H：

大功率

S：

低功率用于小尺寸

信号传输

A：

模拟

D：

数字

证书

空白：

无特殊的性能

PR：

带有两个传感器的探头

Ex：

防爆型号

PN16：

烟道内部压力可以达到16bar

探头的标准长度

12：

125mm

20：

200mm

35：

350mm

55：

550mm

75：

750mm

探头材料

SS：

1.4571（不锈钢）

PV：

PVDE（塑料）

TI：

钛合金

传感器材料

AL：

铝合金

TI：

钛合金

探头的基本型号如下：

探头型号

说明

探头数量

·有空气保护

·中等功率

·到计算装置为模拟信号传输

·有空气保护

·中等功率

·到计算装置为数字信号传输

·有空气保护

·大功率

·到计算装置为数字信号传输

·不用空气保护

·中等功率

·到计算装置为模拟信号传输

·不用空气保护

·中等功率

·到计算装置为数字信号传输

·不用空气保护

·大功率

·到计算装置为数字信号传输

·不用空气保护

·有两个传感器，尺寸较小，高频率。

·单侧安装探头

·到计算装置为数字信号传输

·不用空气保护

·中等功率

·到计算装置为模拟信号传输

·烟气压力最高可达16bar

·不用空气保护

·中等功率

·到计算装置为数字信号传输

·烟气压力最高可达16bar

应用:

探头型号

探头材料

传感器材料

最高气体温度，℃

实际测量距离*，m

烟道/管路直径，m

探头与计算单元的距离，m

PMA

300

0.5-2

0.35-1.70.

5（固定的）

PMD

AL，TI

450

0.5-3

0.35-2.5

最长1000

PHD

AL，TI

450

2-10

1.4-8.7

最长1000

1-2**

0.7-3***

UMA

150

0.2-2

0.14-1.7

5（固定的）

SS，TI

200

UMD

120

0.5-2

0.35-1.7

最长1000

SS，TI

220

0.2-4

0.14-3.4

UHD

120

2-15

1.4-13

最长1000

SS，TI

220

USDPR

SS，TI

200

0.3

＞0.35

最长1000

UMAPN16

200

0.2-2

0.14-1.7

5（固定的）

UMDPN16

200

0.2-2

0.14-1.7

最长1000

*：

能够测量的最大距离由含尘量、气体温度和气体组成决定。

**：

含尘量最高可达100g/m3。

***：

用于交叉的安装形式（见3.2.1.部分）

配置的选择

探头型号

探头数据

基本长度，mm

材料

125

200

350

550

750

PMA

PMD

PHD

UMA

UMD

UHD

USDPR

UMAPN16

260

UMDPN16

260

信号的传输特性

模拟（型号：

FLSE100XXA）

数字（型号：

FLSE100XXD）

没有电子装置的FLSE100

FLSE100带有信号处理电路板、数字转换，并通过RS485接口进行通讯。

发射/接收装置与计算装置之间的连接电缆长度为5米（固定的）。

电缆长度最长为1000米。

发射接收装置上无接点

发射接收装置上有接点

2.3.1.1使用空气保护的发射/接收装置

FLSE100PMA、PMD和PHD三种型号的探头是为较高温度的情况设计的；为了保护传感器，需要用保护空气冷却传感器；保护空气气流也减少了传感器表面的污染。

与PMA型号相类似的两种数字信号的传感器（PMD和PHD）同时需要温度传感器来监测传感器的温度。

设计尺寸如下：

图2.3FLSE100PMA

备注：

当气体温度较低时，如使用保护空气会使得温度降到露点以下，对探头形成轻微的腐蚀（如：

含有酸时会形成腐蚀性气体）。

探头的长度要大于所选择的法兰和管的长度，使用气体温度应选择在150℃到220℃之间；（例如：

如果法兰与管的长度选择的是350mm的，则使用的探头长度应为550mm），在探头的管路中，保护空气被高温度的气体加热，使得温度高于露点。

图2.4FLSE100PMD，PND

2.3.1.2不用空气保护的发射/接收装置

FLSE100UMA、UMD、UHD和USDPR几种型号的探头，允许使用的最高气体温度为220℃。

特殊的传感器设计不需要使用空气保护，即不需要保护空气装置；其优点如下：

·装置的装配和安装更加容易。

·更加易于维护。

·运行费用低。

因此，尽量使用不用空气保护的发射/接收装置；

不同型号的发射/接收装置配置如下：

型号

传感器和探头

独立的电子部件

监测传感器的温度传感器

UMA

标准直径35mm

没有

UMD

标准直径35mm

有

UHD

标准直径35mm

有

USDPR

两个测量探头

有

发射/接收装置的设计尺寸如下：

图2.5FLSE100UMA

图2.6FLSE100UMD

图2.7FLSE100UHD

图2.8FLSE100USDPR

2.3.1.3用于烟道内部高烟气压力的发射/接收装置

FLSE100UMAPN16和UMDPN16两种型号为FLSE100UMA和UMD的特殊形式；用于在下列工作环境中使用：

—最高气体压力16bar。

—最高气体温度200℃

—无腐蚀性气体

—主要为固定运行

标准长度为260mm，探头材料为铝合金。

2.3.2带有管子的法兰

发射/接收装置安装在带有管子的法兰上；有不同长度和不同材料的法兰，法兰的直径为75mm和100mm。

按照以下条件选择法兰：

·安装角度，和安装点墙壁的厚度——决定长度。

·发射/接收装置的型号——决定法兰与管子的直径。

·烟道墙壁的材料——钢的型号。

图2.9FLSE100UMAPN16

图2.10FLSE100UMDPN16

图2.11法兰和管子的尺寸

可以选择的尺寸为：

（单位mm）

DKT

FLSE的型号

材料

100

48.3

125

UMA

ST31

V4A

（可以按照要求提供其它的材料。

）

200，300

UMA，UMD

550

UMD

100

122

76.1

200

PMA，PMD，PHD，UHD

350

PMA，PMD，PHD

UHD，USDPR

550

PMD，PHD

UHD，USDPR

750

PMD，PHD

USDPR

如果需要，可以提供其它的法兰。

特殊的安装法兰——对于FLSE100UMAPN16和UMDPN16必须使用的法兰。

（见图2.12）

图2.12FLSE100耐压型号探头的安装法兰

2.3.3计算装置

图2.13FLA100计算装置

计算装置用来进行系统功能、过程的控制，对来自发射/接收装置的数据进行计算，并具有信号的输入及输出功能。

装置上有用于显示测量变量的液晶显示屏，有用于表示装置状态的LED信号灯，还有两个按键用来进行测量变量和装置状态的选择。

使用笔记本电脑，借助于操作程序软件，通过装置正面的RS232接口，可以进行安装数据和仪器参数的设定。

仪器断电时，储存的数据不会丢失。

通常计算装置安装在塑料机壳内（见图2.13），也可安装在19吋的机箱内。

可供使用的计算装置有两种型号，模拟信号传输的FLA100-A和数字信号传输的FLA100-D；其间的差别如下：

FLA100-A

FLA100-D

电器部分

有用来触发超声波传感器和信号接收的数字至模拟转换的电子模块。

没有附加的模块，（FLSE100用数字进行传输。

）

不为超声波传感器单独提供电源。

为FLS100提供24V的交流电源。

运行模式的插槽

仅有模拟模式。

两种模块（2个模拟或1个模拟与1个界面模块）

接口

RS232用于参数设置。

RS485用于与FLSE100通讯。

RS232/422/485用来操作及选择运行模式。

到FLSE100的连接电缆

连接在计算装置上的部分，长度为5米。

单独的电缆。

（见2.3.4部分）

传感器的温度指示

没有

有

选择脉冲输出

可以

显示：

在两行的液晶显示屏上可以显示如下的测量数值：

·流速；

·工作状态下的流量；

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