1 概述
GLW300/125礦用本安型管道流量傳感器(以下簡稱傳感器)是一種適用于煤礦井下或地面瓦斯抽放管道流量監控的礦用本質安全型儀器。該傳感器具有無可動部件,檢測元件不接觸流體,可靠性高,介質適應能力強,工作溫度范圍寬,準確度高等特點,主要應用于瓦斯抽放管道監控等。與礦井監測系統配套使用,可實現遙測與檢測自動化。
本產品執行常州迪泰科特測控設備有限公司企業標準《Q/DM016-2013》。
2 適應的環境條件
a) 環境溫度: 0℃~+40℃;
b) 平均相對濕度: 不大于98%(+25 ℃);
c) 大氣壓力: 80kPa~116kPa;
d) 無顯著振動和沖擊的場合;
e) 煤礦井下有甲烷爆炸性混合物但無破壞絕緣和腐蝕性氣體的場合。
3 技術參數
3.1 防爆型式:礦用本質安全型,防爆標志為“ExiaⅠMa”。
3.2 供電電源
a)工作電壓:直流9V~24V;
b)工作電流:≤50mA。
3.3 輸出信號(出廠時只有一種)
3.3.1 RS485信號
a) 半雙工傳輸方式,傳輸速率:2400bps;
b) 最大傳輸距離:2km(使用MHYV煤礦用阻燃電纜,其單芯截面積為1.5mm2);
c) 信號電壓峰峰值:2V~12V。
3.3.2 頻率信號
a) 信號范圍:200Hz~1000Hz(線性對應0m3/min~最大量程)頻率信號;
b) 信號的正、負脈沖寬度:≥0.3ms;
c) 高電平不小于3.0V(拉電流為2mA時),低電平不大于0.5V(灌電流為2mA時)。
3.3.3 電流信號
a) 1mA~5mA或4mA~20mA電流信號(線性對應0m3/min~最大量程,也可選擇0mA~5mA或0mA~20mA);
b) 負載能力:1mA~5mA時≥800Ω;4mA~20mA時≥200Ω。
3.4 對應管徑:φ300mm(可選φ80mm,φ100mm,φ150mm,φ200mm,φ250mm,φ400mm,φ500mm,不同管徑時量程不同,報警范圍也不同,具體見附表1)。
3.5 測量范圍:(25.0~250)m3/min。
3.6 基本誤差:≤±2.5% F.S。
3.7 分辨率:1.0 m3/min。
4 主要結構特征與工作原理
4.1外形尺寸及重量
a) 外形尺寸(如圖1,長×寬×高):238mm×126mm×51mm,重約1 kg;
b) 傳感頭尺寸:Φ190mm×578mm,重約2.5kg;
c) 連接電纜:MHYV 3×0.75 mm2礦用通訊電纜,長度不超過1米。
圖1 流量傳感器外觀圖
4.2 主要工作原理
4.2.1 渦街流量測量原理
在流體中設置一個三角柱型旋渦發生體,則從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦,如圖2所示,旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f,被測介質來流平均流速成為,旋渦發生體迎流面寬度為d,表體通徑為D,即可得到關系式:
,式中:Sr:斯特羅哈爾數。
圖2 卡門旋渦產生示意圖
在旋渦發生體中裝入檢測探頭及相應電路即構成了渦街流量傳感器,通過檢測漩渦數量,經計算后得到流量值。
4.2.2 電路原理
圖3 傳感器電路原理框圖
圖3為流量傳感器的電路原理框圖,旋渦在柱體兩側交替產生時,將同時產生與流體流動方向垂直的橫向交變升力,該力作用于探頭兩側,使檢測探頭的壓電晶體變形,輸出與旋渦分離頻率相同的交變電荷信號,送至檢測放大器進行處理。
檢測放大器將電荷信號放大變換整形處理后輸出與流量成正比例的電壓脈沖信號,再由單片機進行數據處理,來完成傳感器就地顯示。
5 安裝與接線
5.1 安裝
5.1.1傳感器應水平或垂直安裝(流體的流向自下而上)在與其公稱通徑相應的管道上;
5.1.2傳感器上游和下游應配置一定長度的直管段,其長度應滿足下表1的要求。
表1
測量橫截面上游的干擾類型 | 上游最短直管段長度 |
90°彎頭成一個T型彎 | 25D |
同一個平面上幾個90°彎頭 | 25D |
不同平面上幾個90°彎頭 | 50D |
總收縮角18°~36° | 15D |
總擴張角14°~28° | 25D |
全開蝶閥 | 25D |
全開閘閥 | 15D |
5.1.3在傳感器的上游側不應設置流量調節閥。
5.1.4如上游直管段長度不能滿足表1要求,建議用戶在上游側管道中安裝整流器。
5.1.5若管道需要縮徑,其直管段與漸變管的長度應滿足圖4要求。
圖4 傳感頭縮管安裝示意圖
5.1.6測頭位置
a)測頭插入管道中,應調整插入深度使測頭中心與管道軸心盡量重合,否則會引起測量誤差。測頭中心與管道實際軸心的偏離應不大于 ±0.05D。
b)實際管道軸心的確定應按測頭所處位置的管道斷面內徑進行計算,不應按照管道平均直徑的數值進行計算。
c)測頭的中心線與管道軸線的夾角不大于5 °。
5.1.7傳感器最好不要安裝在有強烈振動的管道上,以免影響精度,如傳感器在有振動的管段上安裝使用時,可采取下面措施來減小振動帶來的干擾。
a)在傳感器下游2D處加裝管道固定支撐點。
b)在滿足直管段要求前提下,加裝軟管過渡。
圖5
5.1.8安裝與拆卸
a)傳感器的安裝點應在滿足直管段長度要求的位置上開孔,下管道與下法蘭組成基座,焊接后再與開孔燒焊(詳見圖5),注意保持法蘭平面與管道最高母線平行,基座焊接后目測不得有明顯歪斜,并保證法蘭平面至管道軸心的安裝尺寸為 126+D/2十 δ。
b)安裝傳感器時應注意定向標、測速探頭、流體流向保持一致。
圖6 插入式流量傳感器
5.2 接線
傳感器出廠時一般配有礦用4芯電纜(MHYV煤礦用阻燃電纜,其單芯截面積為1.5mm2),電纜有與傳感器配對的4芯接頭,電纜各芯按顏色區分,代表意義如下:
表2 接線規則表
線的顏色 信號類型 |
藍 |
綠 |
白 |
紅 |
RS485信號 | 485-A | 485-B | 電源負 | 電源正 |
頻率信號 | 電源負 | 頻率輸出負 | 頻率輸出正 | 電源正 |
電流信號 | 電源負 | 電流輸出負 | 電流輸出正 | 電源正 |
6 數碼管及LED顯示說明
數碼管的分布見圖7,第一位為功能顯示,后三位顯示流量值,左邊的發光二極管為指示燈,最末位的小數點亮,表示傳感器工作電壓超出范圍(大于25V或者小于8.5V)。
指示燈在工作中的狀態及作用如表3所說明:
表3 指示燈功能表
狀態 指示燈類型 | 亮 | 閃爍 | 滅 |
紅色 | 電源正常 | 正在通信 | 故障 |
綠色 | 輸出信號正常 | - | 輸出信號開路 |
7 傳感器的現場調整
傳感器可使用我公司的FYF3型遙控發送器進行調整,其外形如下圖4所示,在本傳感器中只需使用功能、“”、“
” 三個按鍵。
注意:
1. 所有參數調整后,傳感器會自動保存;
2. 遙控器調整完畢后,都需要按“功能”鍵使首位不顯示,或者同時按“S1”、“S2”鍵,才能返回正常測量狀態;
3. 遙控器首次使用時,需要撥下遙控器正下方電池上的絕緣塑料;
4.調整時要將遙控器的紅外發射部分正對圖1所示的紅外接收區域,距離最好不超過0.5米。
圖 8 FYF3型遙控發送器
7.1 校準的基本步驟
在現場校準時應使用符合要求的風筒,調整時可以首先進行零點校準(一般不需要),在無風流動的環境中穩定后,按遙控器上的“功能”鍵1次,第一位數碼管會顯示“1”,然后再根據需要分別按“”和“
”鍵進行調節,使后3位數碼管顯示00.1,然后按一次“
”鍵即可。
如果傳感器的顯示值與實際流量不一致,則按遙控器上的“功能”鍵1次,直到第一位數碼管顯示“2”,然后再根據需要分別按“”和“
”鍵使后3位數碼管顯示值與實際流量值一致即可。
7.2 傳感器的報警測試功能
本傳感器設有報警測試功能,操作方法如下:按遙控器上的“功能”鍵,直到第一位數碼管顯示“5”,后3位數碼管會自動顯示最大量程的一半,所有輸出和實際流量到達該值時相同。
7.3 輸出電流的調整(只有是電流輸出方式才需要)
電流輸出的傳感器,在現場如果需要對輸出電流進行校正時(一般不需要),按遙控器上的“功能”鍵,直到第一位數碼管顯示“6”,傳感器會自動輸出顯示0時的電流,然后分別按“”和“
”鍵可以對零點輸出電流進行調整;第一位數碼管顯示“7”時,傳感器會自動輸出滿量程時的電流,按同樣方法可以對滿量程的輸出電流進行調整。
8 使用注意事項
8.1 要注意正確接線,以免出現不必要的意外;
8.2 接線前應明確分站接入信號的制式和接入信號的類型;
8.3 本安產品不得隨意與其他未經過聯檢的設備連接;
8.4 非專業人員請勿隨意檢修;
8.5 維修時不得改變本安電路和與本安電路有關的元器件的電氣參數、規格和型號。
9 常見故障處理與維修
常見故障處理與維修見下表3。
表3 常見故障處理表
序號 | 故障現象 | 可能的原因 | 排除方法 |
1 | 通電無反應 | 供電電源無輸入或者接線錯誤 | 檢查供電設備和電源線 |
2 | 傳感器不顯示 | 單片機損壞或者電源芯片故障 | 檢查單片機的工作電壓 |
3 | 輸出信號異常 | 信號輸出線接錯 | 檢查接線 |
信號輸出線斷路、短路或接觸不好 | 檢查接線 | ||
分站或傳感器故障 | 檢查分站或傳感器 |
10 運輸、貯存
10.1 運輸
完整包裝的產品,在避免雨雪的淋襲下,可適用各種形式的運輸方式。
10.2 貯存
包裝后的產品能在溫度為-10 ℃~+40℃,相對濕度不大于90%的環境中貯存12個月以上。
11 隨機附件
使用說明書 1份;
產品合格證 1份;
FYF3型遙控發送器 1只(視具體情況);
裝箱單 1份。
附表一 流量傳感器量程管徑對照表
管徑 | 最大量程 | 報警范圍 |
Φ80mm | 18 m3/min | 0 m3/min~18m3/min |
Φ100mm | 28 m3/min | 0 m3/min~28 m3/min |
Φ150mm | 60 m3/min | 0 m3/min~60 m3/min |
Φ200mm | 100 m3/min | 0 m3/min~100 m3/min |
Φ250mm | 150 m3/min | 50 m3/min~150 m3/min |
Φ300mm | 250 m3/min | 50 m3/min~250 m3/min |
Φ400mm | 300 m3/min | 50 m3/min~300 m3/min |
Φ500mm | 350 m3/min | 100 m3/min~350 m3/min |
Φ600mm | 500 m3/min | 100 m3/min~500 m3/min |
Φ800mm | 900 m3/min | 100 m3/min~900 m3/min |
Φ1000mm | 1400 m3/min | 100 m3/min~1400 m3/min |
備注:1.一般250mm以上管徑(包含250mm)才是插入式,其余為滿管式;
2.量程有的要求不一致,可以修改,但如果改大量程要先進行技術確認。