1. <code id="xy1o9"></code>
    2. <b id="xy1o9"><address id="xy1o9"></address></b>

      <rt id="xy1o9"></rt>

      技術文章 您現在的位置:技術文章

      氣體超聲流量計的本質安全設計


      氣體超聲流量計的本質安全設計,介紹了國內外超聲流量計的發展及普及歷程, 概述了其組成和工作原理。分析了氣體超聲流量計的防爆技術現狀, 比較了隔爆型與本質安全型的優缺點, 通過具體示例提出了產品實現本質安全性能需要采用的幾點措施。

      天然氣輸運、交接過程中要求流量計精度高、壓力覆蓋范圍寬、量程比高、壓損小,因氣體超聲流量計很好地滿足要求,被廣泛應用在爆炸性氣體環境中,但是必須采用合適的防爆技術。
      1 氣體超聲流量計發展歷程
      上世紀20年代,德國人研制成功**臺超聲流量計。70年代以后,由于集成電路和鎖相環路技術的發展,克服了以前**度不高,反應慢,穩定性與可靠性差等弱點,超聲流量計得以發展。90年代后,超聲技術開始應用于氣體流量測量領域。隨著計算機技術,新材料新工藝技術的快速發展,氣體超聲流量計在天然氣工業中應用得到突破性進展。
      2 氣體超聲流量計的組成及原理
      2.1 氣體超聲流量計的組成
      氣體超聲流量計如圖1所示,由轉換器和表體組成。
      轉換器由殼體及其內部的電源管理、超聲波信號處理、人機接口等模塊組成;轉換器的功能是驅動發射換能器產生超聲波,并對接收換能器的電信號進行處理,測量出超聲波在管道中傳播的順向、逆向時間,在此基礎上計算出管道內的氣體流速,進而推導出氣體的流量。
      表體由短截和換能器組成[1]。短截是溫壓采集部件,經過特殊制造,它的設計涉及公稱壓力、聲道型式、介質要求、配件安裝等因素;換能器能將電能轉換成聲能,又能將聲能轉換成電能,超聲流量計中換能器收發一體。表體與被測氣體直接接觸,采集包含流體信息的狀態信號,將信號傳到轉換器中進行處理。

       圖1 氣體超聲流量計組成示意
      2.2 氣體超聲流量計原理
      時差法原理如圖2所示,是指在流動氣體中的相同行程內,用順流和逆流傳播的兩個超聲信號的傳播時間差來確定沿聲道的氣體平均流速所進行的氣體流量測量方法。

       圖2 時差法原理
      假設兩個換能器間的超聲傳播距離為L,超聲傳播方向與軸線之間的夾角為θ,超聲波在靜態氣體中的聲速為c0,則當管道內氣體的流速為u時,超聲波沿氣流順向傳播和逆向傳播的聲速c1、c2分別為:
      c1=L/ (t1-τ1) =c0+ucosθ (1)
      c2=L/ (t2-τ2) =c0-ucosθ (2)
      式中:t1、t2分別為聲波順向傳播和逆向傳播時的聲時;τ1、τ2分別為超聲波順向傳播和逆向傳播時由電路、電纜及換能器等所產生的聲延時。
      推導即得:
      3 氣體超聲流量計的防爆設計
      氣體超聲流量計多用于天然氣長輸管線、城市門站、各種工業場合,屬于爆炸性氣體環境。
      之前氣體超聲流量計換能器驅動電路是100伏以上的高壓單脈沖觸發,只能采取隔爆型技術。隔爆型“d”防爆原理是指外殼能夠承受通過外殼任何結合面或結構間隙滲透到外殼內部的可燃氣體混合物在內部爆炸而不損壞,并且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環境點燃。隔爆技術屬于1區防爆技術,適用于工廠和井下爆炸性氣體環境。其制造技術較為成熟,應用廣泛。但是,由于隔爆結構原因,如圖1所示,重量較大,比較笨重,并且隔爆型電氣設備必須斷電源后再開蓋,不便于維護。隨著低電壓多脈沖觸發技術研究的深入,使電路本安設計成為可能[2,3]。
      3.1 本質安全技術的優點
      本質安全型設備則完全擺脫了笨重的外殼,因而重量輕、體積小、節約大量鋼材、價格較低、制造維護方便,故在石油、化工、煤炭等工礦企業危險環境中廣泛應用[4,5]。
      現有產品通過降低功耗、抑制能量等措施,可以到達Ex ibⅡB T4 Gb的防爆性能[5]。
      3.2 本質安全設計的重點
      3.2.1 限制電路中的電壓和電流
      電路中幾組電源可分別通過限流電阻,穩壓二極管以及熔絲等保護器件,達到限制能量的目的,圖3為典型限能電路:

       圖3 典型限能電路
      R44為限流電阻,將其做成可靠元件后,即使電路發生短路故障,其電流也被限定在安全范圍。
      DZ5、DZ6兩個雙重化穩壓二極管起到限制電壓的作用,即使電路故障,也能保證穩壓電路的可靠性。
      3.2.2 限制電路中的電容、電感等儲能元件
      首先歸納不同電源供電下的電容,所有電容之和為故障條件下總電容*大值,考慮到電容精度,選取*壞條件下的數值。各電源電容值均小于標準中允許的電容值。
      其次,電路中電感總和也不能超過標準規定的要求。
      3.2.3 本質安全電路中隔離
      電路中換能器的驅動電路需要的電壓 (VCC-H) ,必須有相應的隔離和保護措施才能保證在故障狀態下電路的本質安全性能。采用驅動端使用高速光耦將能量隔離,光耦芯片做可靠性設計,接收端并聯兩個限壓穩壓二極管。
      3.2.4 設計相應的可靠元件和組件
      可靠元件或可靠組件是指認為不會發生本部分規定的某個故障狀態的元件或元件組件。
      限流電路、隔離電路,通過保證元件結構形式及其額定值,成為可靠元件或組件,通過澆封或涂覆的措施,成為可靠組件,保證電路的安全性能。
      3.2.5 電路的熱校核
      電路表面溫度控制在爆炸性混合氣體引燃溫度以下。
      芯片的表面溫度可按以下公式校驗:
      Tj=T0+PRth (4)
      式中Tj表示結溫,即芯片表面溫度,T0表示外界環境的溫度,表示芯片內部產生的功率,Rth表示芯片的熱阻系數。要計算芯片*高溫度,可根據超聲流量計設計的*高工作溫度、芯片廠方數據手冊的熱阻以及輸入芯片的*大功率即可求出,應滿足T4溫度組別的要求。同理計算出電路中其他芯片的*高表面溫度,電路中元件表面*高溫度均不超過規定允許溫度。
      4 小結
      隨著氣體超聲流量計技術在城市燃氣計量應用方面日趨成熟,其安全性、可靠性、可維護性也會更加受到用戶的重視,文章分析了隔爆技術和本質安全技術的優缺點以及本安關鍵部件的設計思想。其中,本安防爆是否可行,需由本安實驗來*終判定。

      產品搜索
      產品目錄
      首頁   |    產品信息   |    成功案例   |    資料下載   |    聯系我們
      Copyright? 2003-2019  蘇州華陸儀器儀表有限公司版權所有
          電話:0512-66835259    傳真:0512-66835356    地址:蘇州市相城區澄陽路60號脫穎科技園3區    郵編:215131
      蘇ICP備11004941號-3

      蘇公網安備 32050702010315號

      网上赚钱最快的方法 994| 565| 475| 554| 951| 353| 469| 296| 961| 400| 875| 417| 797| 21| 818| 820| 965| 185| 507| 536| 891| 507| 577| 713| 234| 564| 312| 646| 530| 542| 393| 186| 553| 825| 168| 444| 175| 228| 768| 408| 886|