一、概述

彎管流量計作為一種既年輕又古老的計量產品，它的優(yōu)點已經得到計量界的認可，并且逐漸廣泛應用于工業(yè)，公用事業(yè)等多個領域。彎管流量計的優(yōu)點主要體現在原理可靠、結構簡單、節(jié)能降耗、維護量少等方面，彎管流量計的一次傳感元件——彎管傳感器適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，對于高溫、高壓、潮濕、粉塵、震動等各種惡劣現場條件有很好的適用性，可對Ф 20-Ф2000mm，甚至更大的管道進行精確的流量測量（通過變徑整流器）。在智能儀表或轉換模塊的配合下，可滿足電力，熱力，冶金，化工，城市供水供熱，樓宇空調等不同行業(yè)的各種測量，輸出等需求。其應用及發(fā)展前景廣闊。

二、彎管傳感器的工作原理

流體在某一溫度某一壓力條件下流過一個管道，當其流經彎頭時，該流體將做相應的圓周旋轉運動。根據流體強制旋流等理論，流體在管道內作圓周運動與固體在空間狀態(tài)下作圓周運動類似，因此流體必然會產生慣性離心力，該離心力的大小與流體的流速、流體的密度以及作圓周運動的曲率半徑（也就是彎管傳感器的曲率半徑）等因素有關。

由于彎管傳感器曲率半徑是已知的，流過彎管傳感器的流體密度又可通過對流體的溫度、壓力等參數的測定利用主機的計算機準確地求得，因此在彎管傳感器上產生的離心力的大小就只是流體流速的函數。只要測出離心力的大?。ㄍㄟ^差壓變送器間接測得），就可測出流體在管道內的流速，將流速乘以管道的截面積和流體的密度，流體的流量即可計算確定。

三、彎管傳感器的分類

彎管流量計的一次傳感元件——彎管傳感器依安裝管線上的不同分為如下三種：

•  90 ° 彎管傳感器——用于工藝管線 90 ° 轉彎連接處，替代原彎頭

•  180 ° 彎管傳感器——用于直管線上，替代部分直管段

•  135 ° 彎管傳感器——用于工藝管線 135 ° 轉彎連接處，替代原彎頭

不同彎管傳感器上焊接的兩小段直管稱之為取壓體，彎管弧長較大的一方位正壓測，具體見圖 1（以水平彎管結構圖為例）：

圖1 不同彎管傳感器示意圖

90 °和 135 °彎管傳感器 依據安裝工藝管線轉彎所形成的平面細分為如下三種：

•  正壓測在上垂直安裝彎管傳感器——轉彎形成的平面為鉛垂面且轉彎的彎頭弧長大的一方在上面。

•  負壓測在上垂直安裝彎管傳感器——轉彎形成的平面為鉛垂面且轉彎的彎頭弧長大的一方在下面

水平安裝彎管傳感器——轉彎形成的平面為水平面
180 ° 彎管傳感器只有水平安裝形式，其它安裝形式無意義。

具體見圖 2（180 ° 水平安裝圖略）

圖 2 垂直安裝示意圖

四、彎管傳感器的安裝尺寸

對于 90 ° 和 135 ° 轉彎處，只要原來連接的彎頭采用的為彎經比為 1.5 的標準彎頭， 90 °和 135°彎管傳感器都可以很好地替換,其安裝尺寸略。對于180 ° 彎管傳感器需要替代部分直管線，其安裝尺寸見下表1：

表 1 180 ° 彎管傳感器安裝尺寸表

說明：安裝尺寸 L 由于外徑尺寸φ與工程尺寸的偏離而有所誤差，應以產品的實際尺寸為準。

五、彎管流量計的基本特點

•  彎管傳感器的特點

•  無附加阻力 損失 （對于90°和135°彎管傳感器）、 節(jié)省流體輸送的動力消耗、降低運行費用

•  安裝方便、無泄漏、免維護、耐磨損、可 直接焊接安裝在管道上

•  耐高溫、耐腐蝕、抗震動、抗沖擊、抗磁性能好

•  適應性強、量程范圍寬、直管段要求低

•  測量精度高，重現性好； 測量精度可達± 1％以上，重現性則高達0.2%

•  使用壽命長

•  ZWRY 系列主機的特點

•  多回路、多參數顯示

•  *的觸摸式按鍵 ,外形和結構設計新穎，操作方便

•  掉電保護功能，保護掉電后重要數據不丟失

•  完備的實時運算補償和數字濾波功能，提高了系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性。

•  智能邏輯判斷和自診斷功能

•  RS－232（或485）串行接口輸出，可直接與其他儀表或計算機系統(tǒng)通訊聯(lián)網，滿足用戶和外部設備之間的實時通訊，或者外部控制、打印功能。

•  標準（ 4－20mA）模擬量輸出（可以根據用戶需要選擇）

•  熱量累計功能，可用于測量水蒸氣、供暖熱水的累計熱量

•  時鐘功能，不受主機電源影響，能為用戶提供準確的時間

•  體積小、低功耗、運行穩(wěn)定、測量精度高

六、 ZWRY 系列主機的基本結構

ZWRY系列彎管流量計主機主要包括機箱、前面板、后面板、液晶顯示模塊和開關電源組成。

•  前面板

圖 3 ZWRY系列主機前面板示意圖

如圖 3，前面板主要由顯示屏和按鍵組成。顯示屏為八位碼段式液晶顯示屏。在顯示屏左右兩側分別有4個工作參數標志，當液晶顯示屏中的▲符號亮時，顯示屏內顯示的參數值為▲所指單位的此時刻對應量。左側由上到下分別為實時時鐘（T）、累計時間（∑T）、累計流量（t）、累計熱量（GJ）；右側由上到下分別為溫度（℃）、壓力（MPa）、瞬時流量（t/h）、瞬時熱量（GJ/h）。實時時間的顯示格式為: XX:DD:HH:MM（月：日：時：分）；累計時間顯示格式為: XX.DD.HH.MM表示共運行了XX月DD天HH小時MM分鐘。

•  后面板 :

后面板有一塊＋對接線柱的接線板， ZWRY主機為兩路流量測量。*對接AC220V交流電源，上面接電源的零線，下面接點接電源火線；第二對接線柱為接地端，上端標有GND端子為接地點，要良好的接地；第三對接線柱標注為TXD，RXD為RS232總線輸出端；第四對接線柱標注為模出，表示為主機4～20mADC標準信號輸出端，其正負號標志表示輸出的正負極；后六對為信號輸入接線柱，分別接差壓變送器2（ΔP 2）、壓力變送器2（P2）、溫度變送器2（T2）；差壓變送器1（ΔP 1）、壓力變送器1（P1）、溫度變送器1（T1），標有（－）號表示接變送器的負端、標有（＋）號表示接變送器的正端；如圖4

圖 4 后面板示意圖

•  主機板

主機板是整個系統(tǒng)的中樞，它主要采用了 PIC系列功能zui強的PIC16F8xx單片機作為核心部件，再輔以外部時鐘RAM芯片DS1302、MAX232（485）等串行口等信號輸入、4-20mA模擬信號輸出的電路AD420、碼段式液晶顯示模塊等組成的具有較強的運算、邏輯分析、存儲、顯示、通訊等功能的微機系統(tǒng)。

•  開關電源

此電源為整個系統(tǒng)的供電電源，其輸入為 220V,AC,輸出2種直流電壓。

+5V.DC: 供主機板電壓使用

+24V.DC： 供外部變送器使用

七、主機參數設置

Enter 鍵為參數設置確認鍵；

>> 鍵為移位鍵；

•  鍵為加一鍵；

參數設置操作步驟：

•  按下 enter鍵，進入參數設置狀態(tài)。此時主機顯示屏將顯示輸入密碼參數狀態(tài)和它對應的標志碼；按移位鍵“>>”和加一鍵“>”來輸入密碼，密碼由廠家出廠時已設定好。密碼輸入正確，則可以進行參數修改，否則只能查看參數，不能對其進行修改。

•  進入參數修改狀態(tài)的時候 ,對于不修改的參數，可以直接按確認鍵“enter”通過，此時顯示屏依次顯示下一個參數及參數標志代碼，其顯示順序見表2；

•  對于需要進行修改的參數可進行如下操作，反復按移位鍵“ >>”，它可移動閃動的數字位（只有光標閃動的數字才能修改），需要修改的數字閃動時，即可以按加一鍵“>”進行“加一”操作，將該位數字調整無誤后，按移位鍵“>>”，使閃動數字移位，進行下一位數字的修改；該參數全部修改完畢后，再按移位鍵“>>”移動光標到不閃爍的位置時，按確認鍵“enter”確認，并進入下一個參數的設定狀態(tài)。否則，在還有閃動的數字位閃爍時按確認鍵“enter”，則對此參數的修改失效，系統(tǒng)將對該參數沒有進行任何修改直接進入下一個參數設定狀態(tài)。

•  所有參數設置完畢后， 主機自動返回到顯示測量值的正常運行狀態(tài) 。

•  清累積量：按“ enter”鍵，使顯示屏顯示“1CXXXXX”；此時*位X數字將閃動，如果閃動的不是*位數據，則按移位鍵“>>”，使閃動的光標移到*位數字上；按加一鍵“>”，*位閃動的“X”置為“1”，然后按移位鍵“>>”移動光標到不閃爍的位置時，按確認鍵“enter”確認，累積量清完。

•  設置彎管傳感器的空間安裝狀態(tài)：

•  參照上面的步驟，使主機進入參數設定狀態(tài)；

•  連續(xù)按“ enter”鍵，使顯示屏顯示“1C×××××”；

•  按移位鍵“ >>”，使閃動的光標移到第二位“×”處；

•  按加一鍵“ >”，使第二位閃動的“×”置為“0、1或2或3”；（具體0、1、2、3的含義見表3）

•  按移位鍵“ >>”移動光標到不閃爍的位置時，按確認鍵“enter”確認；

表 2：參數代碼表

八、正常工作狀態(tài)時顯示功能及操作

Enter 鍵為參數設置檢查鍵；

>> 鍵為自動循環(huán)顯示鍵；

•  鍵為定點顯示鍵；

1 . 多參數循環(huán)顯示：

按一下循環(huán)鍵“ >>”，主機就會進入循環(huán)顯示模式，其循環(huán)顯示的次序是：介質溫度→介質壓力→瞬時流量→瞬時熱量→實時時間→運行累計時間→積累流量→積累熱量→介質溫度。循環(huán)顯示時每個參數的顯示時間為五秒鐘。對于空氣、煤氣等則根據需要沒有熱量顯示。

2 . 定點顯示：

當主機處于循環(huán)顯示狀態(tài)時，為了更好地觀察某個參數，可以在顯示屏顯示這個參數時，按一下定點顯示鍵“ >”，則主機變循環(huán)顯示為定點顯示，如果不在進行其它操作，主機將一直保持定點顯示模式，這一設計將有利于該表作為過程流量計使用時*檢測瞬時流量的操作需要。在定點顯示模式下要想重新恢復循環(huán)顯示模式，只要再按一下循環(huán)鍵“>>”即可。

3. 檢查設置參數值：

所謂檢查設置參數值就是在顯示屏上循環(huán)顯示各參數的預設值，一個循環(huán)結束后主機自動返回到顯示測量值的正常運行狀態(tài)。

具體操作解釋如下：按一下參數設置檢查鍵 enter，主機即進入密碼參數輸入狀態(tài)，按enter鍵略過密碼，進入參數查看狀態(tài)。這時顯示屏前兩位將顯示參數的標志符，后五位則是該參數的設置值，其循序顯示的次序見表一。然后，繼續(xù)按enter鍵顯示下一個參數。當所有參數的設置值按次序全部顯示一遍后，主機返回到顯示測量值的正常運行狀態(tài)。

九、 ZWRY 系列主機主要技術指標

•  測量范圍：

管徑：Φ 20～Φ2000mm；

流速： 0.2～12.0米/秒（液體介質）；

7～120 米/秒（蒸汽或其他氣體）；

溫度： 0～500℃；

壓力： 0～5.5MPa；

•  精度 ：

溫度測量誤差： 0.2%；

壓力測量誤差： 0.2%；

瞬時熱量測量誤差：小于 2.0％F.S；

瞬時流量測量誤差：小于 1.5％F.S。

•  主機功耗 ：

工作電源為 220V時小于25W；

•  主機工作環(huán)境要求 ：

溫度：－ 10～45℃；

濕度：小于 85％；

•  顯示方式 ：

液晶顯示，可顯示實時時鐘（ T）、累計時間（∑T）、累計流量（Kt）、累計熱量（GJ）；右側由上到下分別為溫度（℃）、壓力（MPa）、瞬間流量（t/h）、瞬時熱量（GJ/h）。還可根據具體要求進行相應的顯示。

6. 輸出模式（訂貨時選擇，沒有說明時儀表不具備輸出功能） ：

A）RS－232或RS-485串行接口輸出；

B）4～20mA標準信號輸出。

7. 報警功能（訂貨時選擇， 沒有說明時儀表不具備報警功能 ）：

主機可對流量、溫度、壓力、差壓四種被測參數進行高、低限位報警，并有一對輸出接點可供用戶外接聲、光報*。

8. 外形尺寸 ： 160×80×200（mm）；
9. 儀表主機重量 ：2kg

十、 ZWRY 系列測量系統(tǒng)的組成

彎管流量計的基本組成除彎管傳感器和主機之外，還需要配置差壓變送器（必須配置）、壓力變送器和溫度變送器（可以根據被測對象的要求選配）以及其他配件。（參見附圖）

•  差壓變送器是用來檢測彎管傳感器產生的差壓值，因此它是彎管流量計測量系統(tǒng)*的配件

•  系統(tǒng)是否配置壓力和溫度變送器，這要依具體的測量對象來決定。對于測量蒸汽或者其他氣體介質的系統(tǒng)，在測量彎管傳感器差壓的時候，必須同時測量介質的溫度、壓力，以便能對蒸汽或者氣體進行必要的實時溫、壓密度補償，以保證系統(tǒng)的測量精度。因此，原則上必須配置溫度和壓力變送器；在測量液體介質的時候，只要介質的溫度，壓力不是太高或者太低，波動范圍不大，液體的密度變化不是很大，系統(tǒng)可以不配置溫度變送器和壓力變送器及相應裝置。

•  系統(tǒng)的其他構成組件

差壓變送器配套使用的三閥組

•  測量蒸汽或者其他高溫可凝性氣體時增加的盤式冷凝器

•  彎管傳感器上配套的針閥和旋塞閥

•  溫度變送器配套的安裝臺、保護套管的溫度傳感器（ Pt100）

•  壓力測量口的截止閥和差壓變送器的排污閥

•  其他安裝材料：導壓管（φ 14×2的無縫鋼管）和信號線（0.5左右的雙芯屏蔽線）等（用戶自備）

十一、系統(tǒng)的安裝

對于壓力、差壓、溫度變送器、溫度傳感器的安裝，原則上只要是符合常規(guī)的安裝規(guī)范就可以滿足本系統(tǒng)的要求。具體的安裝要求可以參看壓力、差壓、溫度變送器及溫度傳感器的安裝說明書，在這不作詳細的介紹。

•  彎管傳感器的安裝要求

彎管傳感器采用焊接法安裝在測量管道的九十度轉彎處，其空間安裝狀態(tài)原則上可以是任意的，也就是說彎管傳感器在安裝時沒有嚴格的方位或方向要求，總體來說有以下四種安裝狀態(tài)可供選擇：

●水平轉水平；

● 正壓測在上垂直安裝 ；

● 正壓測在下垂直安裝 ；

●任意空間狀態(tài)。

以上四種狀態(tài)在彎管傳感器安裝時原則上都可以使用，但對于有些被測介質，選擇適當的安裝狀態(tài)，既可以大大簡化安裝、調試工作，又對提高系統(tǒng)測量精度大有好處。因此如何正確選擇彎管傳感器的安裝狀態(tài)是十分重要的。具體表現為以下幾個原則和方法：

•  對于測量一般液體介質的彎管傳感器，它可以以任意狀態(tài)的形式進行安裝，這是因為管內液體與導壓管內的液體幾乎處于同樣的工況條件下，無論彎管傳感器兩個引壓口處于什么樣的相對位置上（指上下關系），都不需要對差壓變送器進行遷移和補償，因此彎管傳感器的安裝方位與系統(tǒng)的測量精度無關。

•  對于測量熱水或冷水（指管道內的液體溫度與環(huán)境溫度相差較大）的系統(tǒng)，如果這時彎管傳感器不是采用水平轉水平的安裝狀態(tài)，那么彎管傳感器的兩個引壓口之間必然會有一高度差 H值存在 ，由于主管道內液體與導壓管內液體處于不同的溫度條件下，其密度有一定的差別，為了提高系統(tǒng)的測量精度，必須對這一高差和溫差所共同造成的差壓變送器的偏差值進行遷移補償。其遷移量可用下式計算：

Δ P= H（ρ 1 -ρ 2 ）*g

其中：

ΔP--－差壓變送器的遷移量；

H--－兩個取壓口的高度差；

ρ 1 --－導壓管內液體密度；

ρ 2 --－管道內液體密度；

g--－重力加速度

具體采用正向遷移還是負向遷移要看管道安裝的方位和管道內是熱水還是冷水來決定。彎管流量計中采用計算機自動遷移補償技術，根據固定高差 H值和實測溫度值實時計算導壓管和主管道中流體密度差值，直接從差壓變送器測量差壓值中消除該差壓誤差。

•  測量蒸汽或其他可凝性氣體的彎管傳感器的安裝，這里主要考慮的安裝要點是這些介質在常溫下會冷凝為液體，致使導壓管內zui終會積滿液體。因此當彎管傳感器不是采用水平轉水平的安裝狀態(tài)時，就必須對由兩個引壓口的高差所造成的引壓管內液柱的高差進行遷移補償。這一遷移補償的精度是保證該測量系統(tǒng)精度的zui重要的條件之一。由于工藝管道內介質的密度很?。ㄒ驗樗鼈兪瞧?、氣體狀態(tài)），而導壓管內的介質密度很大（它們是液體狀態(tài)），這兩種介質的密度相差*，因此差壓變送器的遷移量相對來說是比較大的，而彎管傳感器又是一種低差壓傳感器，在正常工作范圍內它所能產生的差壓值比較小，于是如何保證差壓變送器的遷移精度就十分重要。

•  為了盡可能避免由于遷移不當而造成測量附加誤差的發(fā)生，在測量這些介質時建議采取了如下的技術措施。 在彎管傳感器的引壓口處一律加裝盤式冷凝器，以確保導壓管內冷凝液液面的穩(wěn)定；

•  只要現場條件許可，彎管傳、感器采用水平轉水平的安裝方式，使彎管傳感器的兩個引壓口處于同一水平面上，從根本上消除需對差壓變送器進行補償遷移的麻煩；

•  由于彎管傳感器兩個引壓口處于彎管的兩側，因此要想準確保證兩個盤式冷凝器及取壓口在同一水平面上是不容易的，我們在這里提供一個簡易測量方法供用戶安裝時參考（如圖 5所示）。取一根足夠長的透明塑料管灌滿水，將塑料管兩端分放在彎管兩側兩個測壓口處，利用塑料管兩端可見的管內水平液面仔細調整盤式冷凝器的高度，就可以方便地使兩個盤式冷凝器處于同一水平面上。

•  無論采用哪一種安裝方法，有一點是需要共同遵守的，那就是在系統(tǒng)正式運行之前，必須將導壓管和變送器中的空氣排凈，這樣才能保證系統(tǒng)的正確運行，因此，對有些測量液體的系統(tǒng)在導壓管的zui高點需要加裝集氣罐，用以捕集運行中可能進入導壓管的微量氣體。鑒于同樣的原因，在設備安裝時，對于水平走向的導壓管必須保證其有 10：1 左右的傾斜度，傾斜的方向以有利于氣體返回主體管道或有利于進入集氣罐為原則。

•  彎管傳感器前后直管段的要求

彎管傳感器前面直管段的要求為5D，后面直管段的要求為2D。若傳感器的前方為弱干擾源，其直管段還可相應減小。

•  主機的安裝

主機可安裝在各種儀表盤或儀表箱的面板上，要注意儀表的良好接地。同時，主機的安裝也應盡可能遠離強電、磁場干擾的環(huán)境，特別是主機正面方向不應有強電、磁場干擾源存在。

十二、系統(tǒng)的調試與投運

•  按系統(tǒng)配置的要求，檢查所有設備、管道、閥門、接頭、導線、接線端子、插頭等是否安裝齊全、正確、牢靠，且管道和設備沒有堵塞和泄漏現象， 導線沒有錯接、短路和斷線 。必須確認無誤后方能進行系統(tǒng)調試工作。

•  給主機送電，在主機得電的同時主機也給各變送器供電，此時主機應該顯示各變送器的相應值，由于運輸等原因，可在此時對變送器進行初步調零操作。

•  溫度和壓力變送器投運十分簡單，基本上接通導線和打開測壓閥門就可以正常運行了。但對壓力變送器有一點需要注意，當彎管流量計是測量蒸汽或其它可凝性氣體時，如果壓力變送器安裝位置離取壓口的垂直距離較大時，（一般變送器處于取壓點的下方）導壓管內的液柱會造成壓力變送器示值偏高，因此必須對壓力變送器的零位進行適當的修正，以保證壓力測量值的準確性。

•  差壓變送器的投運可按以下步驟進行（以測量蒸汽介質為例）：

•  將三閥組件正負壓閥關死，平衡閥打開，這時可進行差壓變送器的零位調整；

•  打開彎管傳感器上盤式冷凝器后的一次閥，再打開兩側兩個排污閥，用蒸汽*吹掃導壓管，其目的一是清潔導壓管，二是將導壓管內的空氣*排凈，直到認為滿意為止。 （注意：此時三閥組件正、負閥必須關死）

•  這時關死排污閥，讓蒸汽在導壓管中自然冷凝，直到整個管道和盤式冷凝器內全部充滿冷凝水為止。當導壓管中已有足夠的冷凝水時，可將三閥組件的正負壓閥打開，平衡閥關死，讓冷凝水分別進入差壓變送器正負壓室中。為保證差壓變送器正負壓室中的殘余空氣能全部排除干凈，可適當打開正負壓室的排氣閥排氣， 但決不能讓蒸汽進入差壓變送器的正、負壓室 。

•  由于冷凝水的積累需要一定的時間，因此開始差壓變送器的示值不會準確，等冷凝水*充滿整個測量系統(tǒng)（包括導壓管、差壓變送器的正負壓室和盤式冷凝器）后，差壓變送器的指示即會趨于正常。

•  所有變送器都投運正常后，即可進行主機的正式投運操作。其步驟如下：

•  先檢查、設定或修改各有關參數值。（如：彎管傳感器管徑、差壓、溫度、壓力等等），并確認與現場實際情況相符無誤；

•  使主機進入正常運行狀態(tài)，這時主機開始進行正常計算；
到此為止，系統(tǒng)進入正常運行狀態(tài)。

附圖：安裝示意圖

主機儀表 彎管傳感器 差壓變送器及三閥組 壓力變送器 溫度變送器

盤式冷凝管 三通根閥 截止閥 導壓管