摘要：公司重要流量计量设备均采用质量流量计，质量流量计是一种较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表。HIM模块转换器是一种应用计算机技术和仪表基础技术的新型仪表，可以与带有HART协议的仪表配合读取更多的参数变量。
关键词：质量流量计；流量计安装；HIM；多变量输出
1 概述
质量流量计是我厂使用精度比较高的流量测量仪表。在合成氨、尿素、甲醛装置、新壳牌及装车站台上都有使用，是检测装置消耗与产能的重要计量设备，对装置的性能考核起着至关重要的作用。
质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，可以同时输出多种变量，方便我们在系统中进行组态，利用计算得到我们需要的参数，满足我们操作、贸易结算上的需求。
我厂甲醛项目使用的质量流量计是艾默生公司生产的高准K系列仪表，是利用科里奥利的原理进行测量的仪表。在与Honeywell DCS300系统正常通信后，因Honeywell系统版本过低，无法读取流量计检测的密度，导致无法准确计算出甲醛的浓度。
HIM接口模块，可通过对HIM模块的组态，实现读取HART协议叠加在4-20 mA模拟量上的数字量信息，根据需要的信息，转换为其它仪表可接收的模拟量信号，同时也可通过HIM的LED窗口显示相关信息。
质量流量计与HIM模块的组合使用帮助我们解决了Honeywell DCS300无法读取密度的问题。使我们能够正确的通过密度计算出甲醛浓度，时时监控甲醛产品质量，确保甲醛产品合格。
2 质量流量计的测量
质量流量计测量方式很多，根据不同的原理开发出多种类型，如动量式、动量矩式、科里奥利力式、热式、惯性力式、差压式、振动式等。我厂使用的均为科里奥利力质量流量计。
所谓科里奥利力是指处于匀角速度转动参照系中的运动物体，对在转动参照系中的观察者看来，该物体除了要附加惯性离心力的作用外，还耍附加另外一种惯性力的作用才能利用牛顿第二定律来描述物体的运动状态，这种力就是科里奥利力。流量计就是通过测量科里奥利力的变化来反映质量流量大小的。
2.1 科里奥利质量流量计工作原理及系统组成
2.1.1 科里奥利质量流量计工作原理
传感器内是U型测量管，在没有流体流经测量管时，测量管由安装在端部的电磁线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入测量管时被强制接受上下垂直运动。在测量管向上振动的半个周期内，流体力与测量管方向相反，对测量管施加一个向下的力；反之，流出测量管的流体对测量管施加一个向上的力，测量管向下运动而使其垂直动量减少。这便导致测量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，测量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利（Coriolis）现象，即科氏力。
根据牛顿第二定律，测量管扭曲量的大小完全与流经测量管的质量流量大小成正比，安装于测量管两侧的电磁信号检测器用于检测测量管的振动。当没有流体流过测量管时，测量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的。当有流体流经测量管时，测量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差，这一相位差的大小直接正比于流经测量管的质量流量。
2.1.2 科里奥利质量流量计系统组成分析
我们常见的测量管的形式有S形测量管、U形测量管、双J形测量管、B形测量管、单直管形测量管、双直管形测量管、Ω形测量管、双环形测量管等，其中U形测量管结构使用比较广泛，我们厂使用的就是种这结构。U形管有单、双测量管两种结构。
单测量管型工作示意图见图1。
电磁驱动系统以固定频率驱动U形测量管振动，当流体被强制接受管子的垂直运动时，在前半个振动周期内，管子向上运动，测量管中流体在驱动点前产生一个向下压的力，阻碍管子的向上运动，驱动点后产生向上的力，加速管子向上运动。这两个力的合成，使得测量管发生扭曲；在振动的另外半周期内，扭曲方向则相反。测量管扭曲的程度，与流体流过测量管的值及质量流量成正比，在驱动点两侧的测量管上安装电磁感应器，以测量其运动的相位差，这一相位差直接正比于流过的质量流量。
因为流体在U形管流入侧与流出侧的流动方向相反，所以U形管的两侧管受到大小相同、方向相反的科氏力。因科氏力的作用造成测量管变形。形变量的大小与科氏力成正比，即与质量流量成正比。通过位于流量测量管两侧的电磁感应器测量在这两点上管子振动的速度和由于管子的变形引起的两个速度信号之间的时间差，然后把此信号送到转换器，转换器将信号进行处理并转换成直接与质量流量成正比的电信号输出。
图1 单测量管型示意图
双测量管型工作示意图见图2。
图2 双测量管型示意图
在双U形测量管结构中，两根测量管的振动方向相反，使得测量管扭曲相位相差180度，如图3所示。相对单测量管型来说，双管型的检测信号有所放大，流通能力增加。
图3 测量管变形示意图
2.2 科里奥利质量流量计的安装
相对于其他类型的流量计，质量流量计具有安装简便、易于使用、测量精度高以及直接测量质量流量等优点，尤其是没有直管段要求，可因地制宜地选择安装位置，节约安装成本。安装时应注意以下几点：
1.传感器、变送器的安装位置以及电缆铺设应尽量远离易产生强电磁场的设备，如大功率马达、变压器设施、变频设备等。
2.工艺管道应对中，两侧法兰应平行。严禁用传感器强行拉直上、下游工艺管道，否则将影响测量甚至损坏传感器。
3.在两侧的工艺管道距离法兰处（约2～10倍管径处）应有稳固的支撑。
4.在传感器的上、下游管道上，应安装截止阀及旁路以方便日常维护。
5.安装时要注意流量计外壳上的流向标志，其箭头指向与变送器内部组态的流量方向要一致。（质量流量计可以双向使用，如果安装方向与实际流向相反，修改变送器内的流向组态即可。）要保证被测介质能够完全充满传感器。
6.在安装有传感器的管道上进行焊接作业时，若无法取下传感器，要注意焊接点和回流线必须在传感器的同一侧。
3 质量流量计读取密度的方法
3.1 通过系统DD文件读取密度
在完成质量流量计的正常组态后，流量计通过4-20mA到安全栅，然后输出给DCS系统卡件，实现瞬时流量的读取。在DCS后台可以通过系统读取流量计的第二变量，但是要安装一个匹配的DD文件。如图4 Honeywell DCS系统版本号。
图5 DCS系统可以识别的DD文件版本号
甲醛项目采购的质量流量计是2014年开发的新型产品，质量流量计所提供的DD文件是FM8版本，无法与我们的系统进行兼容，根据Honeywell使用及维护手册可知，需要对Honeywell版本进行升级，才可以使用系统读取甲醛流量计第二变量-密度。
Honeywell DCS系统版本升级所需要的费用较高，经济性差。
3.2 通过HIM HART模块读取密度
Moore Industries公司生产的HIM HART接口模块，可通过对HIM模块的组态，实现读取HART协议叠加在4-20 mA模拟量上的数字量信息，根据需要的信息，并将其转换为其它仪表可接收的模拟量信号，同时也可通过HIM的LED窗口显示相关信息。
3.2.1 HIM模块的接线组态
HIM模块功能比较强大，可以与很多带有HART协议的仪表配合使用，可以输出不同的变量，在甲醛项目中我们只是使用了模块中的一部分，按照本次使用的功能，接线方式如图6 HIM模块的接线。
1.启动Moor configuration软件。任何设置都必须当program status处于Idle状态下才能进行。点击菜单条里的红心（Stop）按钮，即可进入Idle状态。
2.在HART主页上把Mode设置成Burst Mode，把Master Mode设置成Primary，点击Quick Set按钮，把数据下载到HIM中去。
3.在Analog Output页面，选择Output 1 Source为PV，Input Range输入瞬时流量的量程，点击Quick Set。选择Output 2，Source为FV，Input Range输入密度的量程，点击Quick Set。这样两个通道就在HIM模块内设置成功。
4.在Display页面，可以选择HIM模块上显示的数据。可以是瞬时流量、密度以及所对应的mA信号。
5.DCS系统中组态参数必须与HIM模块内组态参数一致。
4 小结
质量流量计对产品甲醛产量进行精确的测量。通过HIM模块成功的将质量流量计内的密度变量进行了提取，计算出了我们想要的产品浓度，监控了甲醛质量。
HIM模块成功的与质量流量计进行配合使用，打破了之前的一表一变量的形式，让我们找到了更好方式解决问题。实现了目标。
参考文献
[1]高准K系列仪表使用手册.EMERSON.2015.
[2]高准K系列仪表快速启动指南.苏制01000339号.2015年9月.
[3]Honeywell PKS系统用户培训教材.Honeywell中国.2007.
[4]仪表工程施工手册.北京：化学工业出版社，2005.3.
[5]《Moore公司HIM信号转换器使用指南》 成都赛来控制工程公司编.
[6]《Moore公司HIM信号转换器线路连接指南》 成都赛来控制工程公司编作者简介：
论文作者:高志森
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/9/17
标签：测量论文; 流量计论文; 质量论文; 模块论文; 流量论文; 甲醛论文; 组态论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;