DigitalFlow XMT868i超聲波液體流量變送器技術(shù)分析

一、產(chǎn)品概述

DigitalFlow XMT868i是Panametrics公司推出的一款可直接安裝在過程測(cè)量點(diǎn)的超聲波液體流量變送器，屬于成套流量測(cè)量系統(tǒng)。它采用受保護(hù)的互相關(guān)時(shí)差法測(cè)量技術(shù)，全數(shù)字設(shè)計(jì)、無(wú)可動(dòng)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定無(wú)漂移，維護(hù)量小。

XMT868i同時(shí)支持夾裝式與非接觸式兩類傳感器：夾裝式傳感器夾在管道外壁，不接觸過程介質(zhì)，安裝無(wú)需停產(chǎn)；濕式傳感器直接接觸介質(zhì)，可提供更高測(cè)量精度。一臺(tái)儀表可適配多種安裝方式，選型靈活，廣泛應(yīng)用于石化、化工、油氣、水處理、冶金、電力、食品飲料等行業(yè)的液體流量測(cè)量。

XMT868i攜帶危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆認(rèn)證，可直裝在石化、化工等常見的易燃易爆危險(xiǎn)區(qū)域，是兼顧低成本與高性能的液體流量測(cè)量方案。

二、測(cè)量原理與技術(shù)特點(diǎn)

2.1 互相關(guān)時(shí)差法測(cè)量原理

超聲波流量測(cè)量的基本依據(jù)是：超聲波在流動(dòng)液體中傳播時(shí)，順流方向傳播速度等于聲速加上液體流速，逆流方向等于聲速減去液體流速。通過測(cè)量順流與逆流傳播的時(shí)間差，即可求得液體流速，再結(jié)合管道橫截面積計(jì)算出體積流量。

XMT868i采用Panametrics的互相關(guān)（Correlation Transit-Time）時(shí)差法。儀表內(nèi)置微處理器，對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化編碼和互相關(guān)檢測(cè)，自動(dòng)適應(yīng)液體性質(zhì)的變化，并動(dòng)態(tài)配置運(yùn)行的軟件以簡(jiǎn)化編程。這一技術(shù)使儀表能夠在干凈液體以及多數(shù)"混濁"液體中實(shí)現(xiàn)無(wú)漂移測(cè)量，甚至可測(cè)量帶氣泡和固體顆粒的液體。

2.2 全數(shù)字信號(hào)處理

XMT868i為全數(shù)字儀表，無(wú)可動(dòng)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和信號(hào)漂移。機(jī)載微處理器內(nèi)置數(shù)字信號(hào)編碼和互相關(guān)檢測(cè)算法，可自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)液體性質(zhì)變化，保證了長(zhǎng)期穩(wěn)定的測(cè)量性能。此外，特殊的信號(hào)編碼處理也增強(qiáng)了儀表抗干擾能力，即便在背景噪聲較大的現(xiàn)場(chǎng)也能保持正常工作。

2.3 紅外鍵盤防爆區(qū)免開蓋操作

XMT868i標(biāo)配內(nèi)置紅外六鍵小鍵盤。在危險(xiǎn)區(qū)域，操作人員無(wú)需打開外殼、無(wú)需使用PC，也無(wú)需額外的手持編程器，只需觸碰外殼玻璃，紅外按鍵即可感應(yīng)操作，即可完成儀表設(shè)定與診斷驗(yàn)證。這一設(shè)計(jì)既保證了防爆安全，又顯著提高了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的便利性。

三、技術(shù)規(guī)格參數(shù)

3.1 測(cè)量性能

測(cè)量原理：互相關(guān)時(shí)差法，全數(shù)字

濕式傳感器精度：±1%讀數(shù)；經(jīng)過過程標(biāo)定可達(dá)±0.5%讀數(shù)

夾裝式傳感器精度：管徑>150mm（6英寸）為±1%~2%讀數(shù)；管徑<150mm為±2%~5%讀數(shù)

重復(fù)性：±0.1%~0.3%讀數(shù)

流速范圍：雙向±12.2m/s（±40ft/s）

量程比：400:1

測(cè)量參數(shù)：體積流量、累積流量、流速

注：上述精度指標(biāo)基于充分發(fā)展的流場(chǎng)（通常上游10倍管徑、下游5倍管徑直管段）以及流速大于0.3m/s的條件。

3.2 管道與傳感器

夾裝式管徑：0.5~300英寸（12.7mm~7.6m）及更大

濕式管徑：1~200英寸（25.4mm~5m）及更大

夾裝式夾裝式管壁厚度：上限3英寸（76.2mm）

管道材質(zhì)：所有金屬及多數(shù)塑料；混凝土、復(fù)合材料、高腐蝕或內(nèi)襯管道需咨詢工廠

濕式傳感器材質(zhì)：316不銹鋼（標(biāo)準(zhǔn)）；可選哈氏合金、蒙乃爾、鈦、雙相鋼、CPVC、PVDF等

夾裝式傳感器溫度：標(biāo)準(zhǔn)-40~150℃；可選寬溫范圍-190~300℃

3.3 通道配置

標(biāo)準(zhǔn)：1通道

可選：2通道（可用于兩條管線測(cè)量，或同一管線雙聲道平均）

雙通道型號(hào)經(jīng)用戶配置可適應(yīng)多種應(yīng)用——既可用一臺(tái)儀表測(cè)量?jī)蓷l不同管線的流量以降低成本，也可在同一管線上安裝兩對(duì)傳感器做雙聲道測(cè)量，以抑制流場(chǎng)畸變、渦流和錯(cuò)流對(duì)精度的影響。

3.4 電氣與通信

電源：標(biāo)準(zhǔn)100-240VAC ±10%；可選12-28VDC ±5%

功耗：上限20W

標(biāo)準(zhǔn)輸出：2路0/4-20mA隔離輸出，600Ω，符合Namur NE043

可選輸出（按組合選配）：額外2路0/4-20mA隔離輸出、2路4-20mA隔離輸入（24VDC回路供電）、2~4路隔離三線RTD溫度輸入（-100℃~350℃）、2~4路光電隔離脈沖/頻率輸出、報(bào)警繼電器

通信：RS232串行接口，配合PanaView軟件進(jìn)行編程與連續(xù)數(shù)據(jù)記錄；可選Modbus/TCP

3.5 環(huán)境與安裝

工作溫度：-40℃~+60℃

存儲(chǔ)溫度：-55℃~+75℃

防護(hù)/防爆認(rèn)證：環(huán)氧涂層鋁外殼（可選不銹鋼），防護(hù)Type 4X/IP66；防爆Class I Division 1 Groups B,C,D；Class II Groups E,F,G；Class III；ATEX II 2 GD Ex d IIC T5/T6

重量：4.5kg；尺寸：208×168mm（高×深）

四、產(chǎn)品功能特點(diǎn)

4.1 危險(xiǎn)區(qū)直裝，提升安全性

XMT868i具備隔爆型外殼并通過多國(guó)防爆認(rèn)證，可直裝于石化、化工等危險(xiǎn)區(qū)域，無(wú)需安裝在安全區(qū)或增加額外的隔爆箱。這不僅降低安裝成本，也大幅提升了在易燃易爆環(huán)境中測(cè)量?jī)x表的安全性。

4.2 非侵入式測(cè)量，免停產(chǎn)安裝

夾裝式傳感器夾在管道外壁，不接觸過程介質(zhì)，無(wú)需破管、無(wú)需停產(chǎn)即可安裝。對(duì)于在役管道改造、不方便停產(chǎn)的場(chǎng)合，這一特性非常實(shí)用，可顯著降低安裝成本和停機(jī)損失。

4.3 雙通道降低單點(diǎn)成本

可選雙通道/雙聲道型號(hào)，一臺(tái)儀表可測(cè)量?jī)蓷l管線，或?qū)ν还芫€做雙聲道平均，有效降低每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的成本，同時(shí)提升對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)的適應(yīng)能力。

4.4 能量測(cè)量擴(kuò)展

通過可選RTD和輸入板，XMT868i可將超聲波流量測(cè)量的優(yōu)勢(shì)延伸至能量測(cè)量領(lǐng)域，無(wú)需穿越管線即可同時(shí)測(cè)量流量與溫度，適用于冷熱系統(tǒng)的能量計(jì)量。

4.5 多種I/O與靈活集成

標(biāo)配兩路隔離4-20mA輸出，可選RTD溫度輸入、脈沖/頻率輸出、報(bào)警繼電器等，可靈活接入DCS、PLC等控制系統(tǒng)；配合PanaView軟件可完成編程、診斷和連續(xù)數(shù)據(jù)記錄。

4.6 全數(shù)字免維護(hù)

儀表無(wú)可動(dòng)部件，不會(huì)因機(jī)械磨損導(dǎo)致精度下降，也無(wú)需頻繁校準(zhǔn)，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定無(wú)漂移，維護(hù)量和運(yùn)維成本低。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

5.1 油氣行業(yè)

用于原油長(zhǎng)輸與集輸管道、成品油管線、液化天然氣（LNG）、潤(rùn)滑油、柴油及燃油等烴類液體的流量測(cè)量。XMT868i的危險(xiǎn)區(qū)防爆認(rèn)證與加熱設(shè)計(jì)特別適合油田、煉廠等防爆場(chǎng)所。

5.2 化工行業(yè)

化工原料、溶劑、化學(xué)品等各種液體介質(zhì)的流量計(jì)量與過程控制。介質(zhì)多樣、工況復(fù)雜，XMT868i的全數(shù)字信號(hào)處理和寬量程適應(yīng)能力可滿足化工現(xiàn)場(chǎng)要求。

5.3 水處理行業(yè)

自來(lái)水、污水、冷卻水、熱水/冷水等水系統(tǒng)的流量測(cè)量。夾裝式安裝無(wú)需斷管，方便市政和工業(yè)水系統(tǒng)在役改造。

5.4 冶金與電力行業(yè)

循環(huán)冷卻水、鍋爐補(bǔ)給水等水系統(tǒng)的流量監(jiān)測(cè)與能耗管理。

5.5 食品飲料行業(yè)

飲料、啤酒、乳品等工藝液體的流量測(cè)量與配比控制。

5.6 其他液體

各類可導(dǎo)聲液體，包括化學(xué)原料、溶劑及多數(shù)清凈液體和含少量氣泡、固體顆粒的液體。

六、選型要點(diǎn)

選型主要考慮以下因素：

安裝方式：對(duì)精度要求高、可停產(chǎn)安裝選濕式傳感器；管線在役、不能停產(chǎn)或考慮成本選夾裝式。

介質(zhì)與材質(zhì)：確認(rèn)介質(zhì)類型、溫度、壓力、腐蝕性，選擇匹配的傳感器材質(zhì)。

管道條件：確認(rèn)管道材質(zhì)、管徑、壁厚，評(píng)估直管段是否滿足要求。

精度需求：根據(jù)貿(mào)易計(jì)量、過程控制或監(jiān)測(cè)用途選擇合適的聲道和安裝方式。

防爆要求：確認(rèn)使用區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，選擇對(duì)應(yīng)防爆認(rèn)證配置。

通道與通信：多條管線可考慮雙通道；確認(rèn)需接入的控制系統(tǒng)與通信協(xié)議（RS232/Modbus等）。

七、安裝與調(diào)試建議

選擇振動(dòng)小、干擾少的安裝位置，遠(yuǎn)離閥門、彎頭、三通、泵等阻流件。

盡量滿足上游10倍管徑、下游5倍管徑直管段要求，以保證充分發(fā)展的流場(chǎng)。

夾裝式傳感器定位要準(zhǔn)確，使用帶刻度導(dǎo)軌的通用夾具可簡(jiǎn)化定位、保證精度。

正確設(shè)置管道參數(shù)（管徑、壁厚、材質(zhì)）和介質(zhì)參數(shù)，必要時(shí)進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。

濕式安裝按說明書確定聲路長(zhǎng)度（P/L）參數(shù)，保證測(cè)量準(zhǔn)確。

八、維護(hù)與保養(yǎng)

定期巡檢儀表工作狀態(tài)，查看顯示與報(bào)警信息。

關(guān)注信號(hào)強(qiáng)度與質(zhì)量，持續(xù)下降時(shí)及時(shí)排查原因。

檢查傳感器安裝是否牢固、接線是否完好。

根據(jù)介質(zhì)情況清潔傳感器表面結(jié)垢與沉積物。

定期校準(zhǔn)或比對(duì)，以保證長(zhǎng)期測(cè)量精度。

DigitalFlow XMT868i憑借非侵入、免停產(chǎn)、防爆直裝、全數(shù)字免維護(hù)、雙通道降本等突出特點(diǎn)，為危險(xiǎn)環(huán)境下的工業(yè)液體流量測(cè)量提供了可靠、經(jīng)濟(jì)的整體解決方案，是石化、化工、油氣等行業(yè)防爆區(qū)液體流量測(cè)量的理想選擇。