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485通訊協(xié)議：（渦街流量計通訊協(xié)議）（MODBUS-RTU）

1.RTU數(shù)據(jù)格式說明

1.1通訊模式

本儀表采用MODBUS RTU格式。協(xié)議用于主-從查詢模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

1.2數(shù)據(jù)格式

RTU模式中每個字節(jié)（11位）的格式為：

? ? 編碼系統(tǒng)為：8位二進(jìn)制

每個字節(jié)的位：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位（首先發(fā)送最低有效位）、1個奇偶校驗位、1個停止位

注：使用無校驗時要求2個停止位

波特率可選五種：1200、2400、4800、9600、19200

注：

? （1） RTU模式中，時長至少為3.5個字符時間的空閑間隔將報文幀區(qū)分開。

? （2） 必須以連續(xù)的字符流發(fā)送整個報文幀。

? （3） 兩個字符之間的空閑間隔應(yīng)不超過1.5個字符時間。

1.3 地址

協(xié)議中規(guī)定儀表的地址為“0-255”, “0”地址用于廣播，本協(xié)議不支持廣播，其余地址保留。

2．命令說明

2.1 本儀表使用了MODBUS協(xié)議中1條指令：

?命令03 ? ? 讀單個或多個保持寄存器

2.2數(shù)據(jù)格式

協(xié)議中的數(shù)據(jù)格式為:浮點數(shù)。Modbus首先發(fā)送最高有效字。本協(xié)議數(shù)據(jù)編碼順序為3412，解碼順序為1234。

32單精度浮點數(shù)SINGLE格式為IEEE754，折合4字節(jié),排列順序為3-4-1-2。

解碼為1-2-3-4順序后，由最高到最低位分別是第31、30、29、??、0位 。?

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注：

? 31位是符號位(S)，1表示該數(shù)為負(fù)，0為正； 30-23位，一共8位是階碼;22-0位，一共23位是尾數(shù)。

命令03格式如下（讀寄存器命令）：

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異常碼含義：

? ? ? ? “01”- 功能碼錯誤，本協(xié)議功能碼為0x03 ? ? ? ?

? ? ? ? “02”- 寄存器物理地址錯誤，0≤起始物理地址+寄存器數(shù)量≤12

? ? ? ? “03”- 寄存器數(shù)量錯誤，0≤寄存器數(shù)量≤12

注：

? ? 累積流量=累積量百位以上x100+累積量百位以下

? ? 儀表默認(rèn)設(shè)置：機號-1；波特率-9600；奇偶校驗-不校驗

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渦街流量計通訊型常用型號：?DVS-DS50F11T
型號注解：渦街流量計，介質(zhì)為蒸汽，DN50，表體材質(zhì)為304不銹鋼，介質(zhì)溫度：常溫，額定壓力1.6MPa；485通訊接口支持MODBUS協(xié)議，24V供電，配套碳鋼安裝法蘭、螺栓螺母等緊固件。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (250°C以下485通訊輸出)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（250°C以上，330°C以下 高溫型 485通訊輸出）

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渦街流量計通訊型，常與二次儀表智能流量積算儀（DQ2100 詳細(xì)網(wǎng)頁介紹http://www.tbbr.com.cn/chanpin/detail/126）配套使用，或者直接進(jìn)入PLC系統(tǒng)。

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? 流量計常見故障以及排除方法：http://www.duoqinsh.com/duoqinsh-Article-231837/

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?選型樣本下載 ：?http://www.tbbr.com.cn/xiazai/detail/62

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?使用說明書下載：http://www.tbbr.com.cn/xiazai/detail/119

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工作原理

在流體中設(shè)置非流線型旋渦發(fā)生體（阻流體），則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖(一)所示。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖(一)

旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為V，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式:

? ? ? ? ? f=StV/d 公式(1)

式中：

? ?f－發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門旋渦頻率????

　　St－斯特羅哈爾數(shù)（無量綱數(shù)）

　　V－流體的平均流速

　　d－旋渦發(fā)生體的寬度

由此可見，通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中,斯特羅哈爾數(shù)（St）是無因次未知數(shù)，

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圖（二）表示斯特羅哈爾數(shù)（St）與雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系。

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在曲線表中St＝0.17的平直部分，漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率f就可以求得管內(nèi)流體的流速，由流速V求出體積流量。所測得的脈沖數(shù)與體積量之比，稱為儀表常數(shù)（K），見式（2）

　 ? ? ?

? ? ? ?K＝N/Q（1/m3） 公式（2）

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? ? 式中：K＝儀表常數(shù)（1/m3）。

? ? ? ?N＝脈沖個數(shù)

? ? ? ?Q＝體積流量（m3）

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主要技術(shù)指標(biāo)

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?儀表口徑的確定和安裝設(shè)計

儀表選型是儀表應(yīng)用中非常重用的工作,儀表選型的正確與否將直接影響到儀表是否能夠正常運行.因此用戶和設(shè)計單位在選用本公司產(chǎn)品時,請仔細(xì)閱讀本節(jié)資料,認(rèn)真核對流體的工藝參數(shù)并隨時可與我公司的銷售或技術(shù)支持部門聯(lián)系，以確保選型正確。

一．適用流量范圍和儀表口徑的確定

儀表口徑的選擇，根據(jù)流量范圍來確定。不同口徑渦街流量儀表的測量范圍是不一樣的。即使同一口徑流量表，用于不同介質(zhì)時，它的測量范圍也是不一樣的。實際可測的流量范圍需要通過計算確定。

(一)參比條件下空氣及水的流量范圍，見表（二），參比條件如下：

1．氣體：常溫常壓空氣，t=20℃，P=0.1MPa（絕壓），ρ=1.205 kg/m3，υ=15×10-6 m2/s。

2．液體：常溫水，t=20℃，ρ=998.2kg/m3，υ=1.006×10-6m2/s。

（二）確定流量范圍和儀表口徑的基本步驟：

1． 明確以下工作參數(shù)。

（1）被測介質(zhì)的名稱、組份

（2）工作狀態(tài)的最小、常用、最大流量

（3）介質(zhì)的最低、常用、最高壓力和溫度

（4）工作狀態(tài)下介質(zhì)的粘度

?

2． 渦街流量儀表測量的是介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量，因此應(yīng)先根據(jù)工藝參數(shù)求出介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量,相關(guān)公式如下：

（1）已知氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，可通過以下公式求出工況體積流量

?公式（3）

?(2)已知氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度ρ，可通過以下公式求出工況密度

??

（3）已知質(zhì)量流量Qm換算為體積流量Qv

?

式中：

Qv： 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的體積流量(m3/h)

? ?（Qv=3600f/K K:儀表系數(shù) ）

Qo： 介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量(Nm3/h)

Qm： 質(zhì)量流量 (t/h)

ρ： 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的密度(kg/m3)

ρo：介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度(kg/m3)，常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度，見表（三）

P： 工況狀態(tài)表壓(MPa)

t： 工況狀態(tài)溫度(℃)

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3．儀表下限流量的確定。渦街流量儀表的上限適用流量一般可不計算，渦街流量儀表口徑的選擇主要是對流量下限的計算。下限流量的計算應(yīng)該滿足兩個條件：最小雷諾數(shù)不應(yīng)低于界限雷諾數(shù)（Re=2×104）；對于應(yīng)力式渦街流量儀表在下限流量時產(chǎn)生的旋渦強度應(yīng)大于傳感器旋渦強度的允許值（旋渦強度與升力ρv2 成比例關(guān)系）。這些條件可表示如下：

由密度決定的工況可測下限流量：

由運動粘度決定的線性下限流量：

?公式（7）

?

式中：

Qρ：滿足旋渦強度要求的最小體積流量(m3/h)

ρ0:參比條件下介質(zhì)的密度?

Qυ:滿足最小雷諾數(shù)要求的最小線性體積流量(m3/h)

ρ:被測介質(zhì)工況密度（kg/m3）

Q0: 參比條件下儀表的最小體積流量

(m3/h)

υ:工作狀態(tài)下介質(zhì)的運動粘度(m2/s)

υo:參比條件下介質(zhì)的運動粘度(m2/s)

通過公式（6）、（7）計算出Qρ和Qν。比較Qρ和Qν，確定流量儀表可測下限流量和線性下限流量：

?

??Q_υ≥Qρ：可測流量范圍為Qρ～Qmax , 線性流量范圍為Qυ～Qmax

Q_υ<Qρ：可測流量范圍和線性流量范圍為

Q_ρ～Qmax

Qmax：渦街流量儀表的上限體積流量(m³/h)

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4．儀表上限流量以表(二)中的上限流量為準(zhǔn).氣體的上限流速應(yīng)該小于70m/s,液體的上限流速應(yīng)該小于7m/s

5．當(dāng)用戶測量的介質(zhì)為蒸汽時，常采用的計量單位是質(zhì)量流量，即：t/h或Kg/h。由于蒸汽（過熱蒸汽和飽和蒸汽）在不同溫度和壓力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范圍的確定可由公式(8)進(jìn)行計算得出

???公式（8）

式中：

ρ： 蒸汽的密度（kg/m3）

ρ0：1.205kg/m3

Q蒸汽 ：蒸汽質(zhì)量流量（t/h）

?

6．計算壓力損失，檢測壓力損失對工藝管線是否有影響，公式(單位：Pa)：

Δp= CdρV2/2 公式（9）

式中：

ρ：工況介質(zhì)密度（kg/m3）

V:平均流速（m/s）

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7．被測介質(zhì)為液體時,為防止氣化和氣蝕,應(yīng)使管道壓力符合以下要求:

p≥2.7Δp+1.3p0 公式（10）

式中：

Δp: 壓力損失（Pa）

p0：工作溫度下液體的飽和蒸汽壓（Pa絕壓）

Po:流體的蒸汽壓力 (Pa絕壓)

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8．渦街流量計不適合測量高粘度液體。當(dāng)計算出的可測流量下限不滿足設(shè)計工藝要求時，應(yīng)該考慮選用其它類型流量計。

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9．通過計算如果有兩種口徑都可滿足要求，為了提高測量效果、降低造價，應(yīng)選用口徑較小的表。應(yīng)該注意的是，盡可能使常用量處在流量范圍上限的1/2～2/3

? Δp:壓力損失（Pa） Cd：壓力損失系數(shù)

?

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?選型舉例：

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例一：已知氣體壓力和溫度及標(biāo)況下的流量時

某壓縮空氣，標(biāo)況流量范圍為QN=1200-12000Nm3/h,壓力P=0.7Mpa(表壓)，溫度t=30℃。試確定流量計口徑。

步驟一：計算壓縮空氣的工況體積流量

由公式(3):

工況使用下限體積流量為:

Qvmin=QN×0.101325×(273.15+t)/293.15/（P +0.1）

? =1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/（0.7 +0.1）

? =157(m3/h)

工況使用流量上限為: Qvmax=1570(m3/h)

步驟二：根據(jù)使用工況流量范圍157-1570m3/h，查表（二），滿足下限流量條件的流量計為DN80 、DN100和DN125，考慮到上限流量1270m3/h及使用效果和經(jīng)濟(jì)成本，初選DN100, DN100流量計的工況流量范圍是100-1700m3/h，接近使用流量范圍，初選DN100流量計，但應(yīng)具體核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量。核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量：

? 由公式(4)及公式(6):

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即，流量計在該工況條件下的可測下限流量是37.46m3/h，遠(yuǎn)小于要求的工況下限流量157m3/h，確定選用DN100流量計。

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例二：已知蒸汽壓力和溫度及工況流量時

測量介質(zhì)為過熱蒸汽，蒸汽溫度為320℃，壓力為1.5MPa（絕壓）,流量范圍為3t/h～25t/h, 試 確定流量計口徑。

步驟一：計算蒸汽的等效空氣參比條件下的體積流量范圍，經(jīng)查附表(二),該狀態(tài)下蒸汽的密度為:5.665Kg/m3,由公式(8) :

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步驟二：根據(jù)等效參比流量范圍765-6379m3/h，查表（二），比較適合該流量范圍為DN200口徑。

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儀表的安裝設(shè)計

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? 儀表的正確安裝是保障儀表正常運行的重要環(huán)節(jié)，若安裝不當(dāng)，輕則影響儀表的使用精度，重則會影響儀表的使用壽命，甚至?xí)p壞儀表。

（一） 安裝環(huán)境要求：

1． 盡可能避開強電設(shè)備、高頻設(shè)備、強開關(guān)電源設(shè)備。儀表的供電電源盡可能與這些設(shè)備分離。

2． 避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹闹苯佑绊憽Ｈ舯仨毎惭b，須有隔熱通風(fēng)措施。

3． 避開高濕環(huán)境和強腐蝕氣體環(huán)境。若必須安裝，須有通風(fēng)措施。

4． 渦街流量儀表應(yīng)盡量避免安裝在振動較強的管道上。若必須安裝，須在其上下游2D處加設(shè)管道緊固裝置，并加防振墊，加強抗振效果。

5． 儀表最好安裝在室內(nèi)，安裝在室外應(yīng)注意防水，特別注意在電氣接口處應(yīng)將電纜線彎成U形，避免水順著電纜線進(jìn)入放大器殼內(nèi)。

6． 儀表安裝點周圍應(yīng)該留有較充裕的空間，以便安裝接線和定期維護(hù)。

（二） 儀表管道安裝要求：

1． 渦街流量儀表對安裝點的上下游直管段有一定要求，否則會影響介質(zhì)在管道中的流場，影響儀表的測量精度。儀表的上下游直管段長度要求見圖(三)

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注:調(diào)節(jié)閥盡可能不安裝在渦街流量儀表的上游,而應(yīng)安裝在渦街流量儀表的下游10D處。

1. 上、下游配管內(nèi)徑應(yīng)相同。如有差異，則配管內(nèi)徑Dp與渦街儀表表體內(nèi)徑Db,應(yīng)滿足以下關(guān)系

0.98Db≤Dp≤1.05Db

? 上、下游配管應(yīng)與流量儀表表體內(nèi)徑同心，它們之間的不同軸度應(yīng)小于0.05Db

2. 儀表與法蘭之間的密封墊，在安裝時不能凸入管內(nèi)，其內(nèi)徑應(yīng)比表體內(nèi)徑大1-2mm

3. 測壓孔和測溫孔的安裝設(shè)計。被測管道需要安裝溫度和壓力變送器時，測壓孔應(yīng)設(shè)置在下游3-5D處，測溫孔應(yīng)設(shè)置在下游6-8D處，見圖（七）。D為儀表工稱口徑，單位：mm

4. 儀表在在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝。

5. 測量氣體時，在垂直管道安裝儀表，氣體流向不限。但若管道內(nèi)含少量液體，為了防止液體進(jìn)入儀表測量管，氣流應(yīng)自下而上流動，如圖（四）a所示

6. 測量液體時，為了保證管內(nèi)充滿液體，所以在垂直或傾斜管道安裝儀表時，應(yīng)該保證液體流動方向從下而上。若管道內(nèi)含少量氣體，為了防止氣體進(jìn)入儀表測量管，儀表應(yīng)安裝在管線的較低處

如圖（四）b所示

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8． 測量高溫、低溫介質(zhì)時，應(yīng)注意保溫措施。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部（表頭殼體內(nèi)）高溫一般不應(yīng)超過70℃；低溫易使轉(zhuǎn)換器內(nèi)部出現(xiàn)凝露，降低印制電路板的絕緣阻抗，影響儀表正常工作。

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?渦街流量計同系列產(chǎn)品實拍：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （法蘭型）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （衛(wèi)生型）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （螺紋連接）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（高溫型）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（在線穩(wěn)壓補償型）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （不同口徑）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （防腐型）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （插入式）

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