ST100 Series lưu lượng kế cao cấp theo công nghệ phân tán nhiệt potx

ST100 Series lưu lượng kế
cao cấp theo công nghệ
phân tán nhiệt

Thử thách này đã được Fluid Components International (FCI)
tiếp tục lắng nghe, tất cả các ý kiến đóng góp, mong muốn,
phản hồi từ các khách hàng đã, đang và sẽ sử dụng thiết bị đã
đều được FCI ghi nhận. Và cũng từ các phản hồi này, đội ngũ
kỹ sư của FCI đã bắt tay vào quá trình nghiên cứu từ nhiều
năm trước đây. Hiện họ đã cho ra mắt thế hệ tiếp theo về lưu
lượng kế đo khí/gas
theo công nghệ
phân tán nhiệt.
Đây không phải là
điều quá ngạc
nhiên đối với lưu
lượng kế công nghệ
nhiệt, công nghệ
mà đã được áp
dụng chủ yếu trong
các phép đo lưu

Hình 1: Lưu lượng kế đo khí/ gas
theo công nghệ phân tán nhiệt FCI
ST100 Series
lượng khối lượng không khí/khí, khi nó đã có được vị trí một
trong ba công nghệ lưu lượng phát triển nhất thế giới trong
sáu năm qua và dự kiến sẽ được phát triển nhanh nhất, tạo
tiền đề chuyển giao định hướng công nghệ cho 5 năm tiếp

theo. Dòng sản phẩm lưu lượng kế theo công nghệ hiện đại
này đã ngày càng được các kỹ sư công nghệ hàng đầu thế
giới trong công đồng tự động hoá quá trình công nhận và áp
dụng, một công nghệ đo trực tiếp lưu lượng khối lượng, cực
kỳ hiệu quả, lại không cần bảo trì, là giải pháp có độ tin cậy
cao với chi phí ban đầu thấp cho rất nhiều các ứng dụng lưu
lượng khí khác nhau.
Điều đáng ngạc nhiên ở đây là phần lớn các lưu lượng kế
nhiệt trên thị trường hiện nay với các bộ phận đầu đo sensor
và bộ phận điện tử xử lý tín hiệu đều được thiết kế và hình
thành từ hơn 20 năm trở về trước với những hạn chế nhất
định của nó. Trong khi hiệu quả trong khả năng đo lường cơ
bản cũng như khả năng cung cấp các dữ liệu quá trình và
thông tin chẩn đoán là vô cùng hạn chế.
Các thiết kế này không có các khả năng xử lý cốt lõi, tốc độ
bus hay các kết nối I/O để hỗ trợ cho các chuẩn truyền thông
bus trường hiện đại ngày nay. Với các vi mạch cũ, các bộ
chuyển đổi tương tự- số A/D và số-tương tự D/A đều rất hạn
chế về sức mạnh tính toán cũng như độ phân giải mà do đó
làm hạn chế các ứng dụng mà yêu cầu kỹ thuật tuyến tính hoá
phức tạp để cải thiện cấp chính xác và độ phân giải đầu ra,
đồng thời lưu giữ các thông số hiệu chuẩn và dữ liệu quá
trình cùng với việc thực hiện chẩn đoán lỗi xảy ra.
FCI đã định hình những nhu cầu kỹ thuật hiện đại và cao cấp
này cho các nhà máy công nghiệp nói riêng và trong lĩnh vực
đo lường lưu lượng khí quá trình nói chung, bằng cách phát
triển một dòng lưu lượng kế nhiệt mới, dòng sản phẩm lưu
lượng kế ST100 series.

Hỗ trợ tuyệt vời các chuẩn truyền thông với khả năng

chuyển đổi cao
Bất cứ yêu cầu nào cho các đầu ra tương tự truyền thống như
4-20mA, tần số/xung, đầu ra rơ le cảnh báo hoặc các chuẩn
truyền thông bus cấp cao như HART, Foundation™ fieldbus
H1, PROFIBUS PA hay Modbus RS-485, thì lưu lượng kế
ST100 Series là một giải pháp tối ưu (hình 1). Các yêu cầu
này có thể sẽ thay đổi sau một thời gian hoạt động hoặc yêu
cầu cần được nâng cấp, ST100 sau đó sẽ chuyển đổi ngay lập
tức các yêu cầu này chỉ với thao tác đơn giản thay thế các
card hiện tại bởi các kỹ thuật viên ngay tại hiện trường.
Không những vậy, các phiên bản mới hoặc các cấu hình
truyền thông cấp cao và firmware mới sẽ được cập nhật
thông qua card giao diện truyền thông bus của ST100 mà
không làm ảnh hưởng đến các thành phần khác. Thiết kế với
khả năng chuyển đổi tại chỗ này đã xoá bỏ hoàn toàn khái
niệm “thiết bị đã không còn sản xuất – obsolete ” hiện nay
của các dòng sản phẩm, nó được xem như một cuộc cách
mạng thực sự, một sự nâng tầm hoàn toàn mới trong lĩnh vực
thiết bị đo lường lưu
lượng.
HART là một chuẩn
truyền thông đã được tích
hợp với các giao diện đầu
ra tương tự. Tất cả các
đầu ra đều có thể thay đổi
bất cứ lúc nào. Tất cả các
phép đo, bao gồm lưu

Hình 2: màn hình cảm ứng
LCD của ST100

lượng tức thời, lưu lượng tích luỹ, nhiệt độ và áp suất đều
được cung cấp tại các đầu ra hoặc trên các cổng truyền thông
bus của các model STP. Tất cả các lưu lượng kế ST100 cũng
bao gồm 1 seri các cổng I/O qua một giao diện USB chuẩn để
có thể kết nối trực tiếp với máy tính PC và một cổng Ethernet
với địa chỉ IP được định sẵn, sẽ cho phép các kỹ sư dễ dàng
truy cập và thực hiện các thao tác cài đặt.
Cổng HART I/O của ST100 hoàn toàn tương thích với các
phiên bản 7 mới nhất. Hiện nay ST100 cùng với tổ chức
HART đang trong giai đoạn cuối cùng của việc thử nghiệm
để được nhận chứng chỉ chứng nhận độc lập. ST100 cũng đã
nhận được chứng chỉ chứng nhận từ tổ chức Foundation™
fieldbus và là một trong hai thiết bị đầu tiên đã được xác
nhận đáp ứng các tiêu chuẩn về chẩn đoán tiên tiến nhất.
Thông tin và dữ liệu
Lưu lượng kế ST100 với thiết kế màn hình cảm ứng LCD
độc đáo (hình 2) sẽ mang lại rất nhiều tiện ích với “các thông
tin quá trình”. Các đồ họa, các chức năng tiện lợi, cùng màn
hình cảm ứng LCD sẽ cung cấp hầu hết các thông tin quá
trình một cách toàn diện nhất với màn hình hiển thị liên tục
của tất cả các thông số đo lường và trạng thái cảnh báo, và
khả năng liên tục kiểm tra chẩn đoán các lỗi. Các thông số
hiển thị liên tục là lưu lượng tức thời, lưu lượng tổng, nhiệt
độ, và trạng thái cảnh báo.
Loạt model STP của seri ST100 cũng bao gồm chức năng đo
lường áp suất, điều này đã giúp cho thiết bị instruments của
FCI khẳng định vị thế là thiết bị lưu lượng kế nhiệt đầu tiên
trên thế giới cung cấp cùng một lúc 3 biến quá trình là lưu
lượng, nhiệt độ và áp suất. Việc thêm các chức năng đo
lường được cả nhiệt độ và áp suất của FCI sẽ giúp cắt giảm

chi phí cho việc đầu tư thêm các thiết bị đo lường độc lập
cũng như việc đi dây cho các thiết bị này nhằm giảm thiểu tới
mức thấp nhất chi phí ban đầu cho việc lắp đặt thiết bị.
Thông số hiển thị cũng bao gồm dữ liệu chẩn đoán được tạo
ra thông qua các cổng truyền thông bus. Các thông số chẩn
đoán này được truy vấn thu thập từ xa và được khắc phục xử
lý ngay khi phát hiện các lỗi bởi các kỹ sư FCI thông qua
cổng kết nối Ethernet được tích hợp sẵn trong thiết bị.
Một thiết kế chuẩn nữa trên tất cả các model ST100 nữa là
chức năng thu thập dữ liệu (datalogger), có khả năng lưu trữ
lên đến 21 triệu phép đo trong 1 card micro-SD 2 GB có thể
tháo rời được. Nó có thể lưu trữ và truy cập lại tới năm nhóm
hiệu chuẩn với việc mở rộng tiếp việc hiệu chuẩn đạt tới dải
turndown 1000:1. Dải lưu lượng có thể xuống thấp từ 0.25
SFPS (0.07 NMPS) đến 1000 SFPS (305 NMPS) và cấp
chính xác đạt tới ± 0.7% giá trị đọc, ± 0.5% toàn dải. (Đây là
những dải turndown và cấp chính xác cao nhất đối với các
lưu lượng kế theo công nghệ nhiệt hiện nay)
Những tiến bộ
vượt bậc và sự lựa
chọn trong thiết
kế cảm biến
Với ST100, FCI
cũng đã trở thành
nhà sản xuất công nghệ cảm biến khối lượng nhiệt công
nghiệp đầu tiên trên thế giới cung cấp tới 3 loại cảm biến
khác nhau để đáp ứng tốt nhất các ứng dụng khác nhau của
người dùng (hình 3). Kiểu FPC-Style là loại đáp ứng nhanh
với các đặc tính ưu việt, tích hợp bộ điều tiết lưu lượng và
phần bảo vệ đầu đo phù hợp với các môi chất khí nén và ứng

dụng khí gas sạch. FB-Style là loại đáp ứng nhanh, được thiết
kế cho các ứng dụng khí thông dụng với phần bảo vệ đầu đo,
ngoài ra người dùng có thể lựa chọn thêm bộ hiệu chuẩn
VeriCal™ in-situ của FCI. Với các ứng dụng mà môi chất
khí ẩm ướt hoặc khí gas bẩn, hoặc lưu lượng bất thường, FCI

Hình 3: các dạng đầu đo
cung cấp loại kiểu S-Style giúp người sử dụng có thể làm
sạch đầu đo dễ dàng.
ST100 Series bao gồm 2 dòng model sản phẩm chính là: ST
STP. Dòng ST đo lường cả 2 thông số là lưu lượng khối
lượng nhiệt độ, và dòng STP độc quyền với việc tích hợp
thêm thông số thứ 3- áp suất. Cấu hình của STP đã đưa
ST100 thành dòng lưu lượng kế nhiệt đầu tiên trên thế giới
cung cấp cùng lúc 3 thông số quá trình rất quan trọng. Cả 2
dòng sản phẩm này đều bao gồm các model với thiết kế đầu
đo sensor đơn và đầu đo sensor kép cộng với việc tích hợp
thêm vào các lưu lượng kế này lựa chọn sáng chế độc quyền
của hãng FCI -bộ hiệu chuẩn in-situ, VeriCal.
ST100 có thể được hiệu chỉnh để đo lường bất kỳ khí quá
trình nào, bao gồm khí ẩm ướt, hỗn hợp khí và khí dơ bẩn lẫn
tạp chất. Thông số cơ bản của lưu lượng kế đo khí/gas loại đo
cắm trực tiếp trên đường ống (insertion) với dải đo từ 0.25
SFPS tới 1000 SFPS (0.07 NMPS tới 305 NMPS) với cấp
chính xác ± 0.75 giá trị đọc, ± 0.5 toàn dải.
Cho các trường hợp lắp đặt thông thường, tất cả các phần
thân cắm sensor đều được khắc lên 1 thước đo cộng thêm với
việc tích hợp ren côn có thể trượt trên thân cắm, thước đo và
ren côn này sẽ giúp cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật dễ dàng
xác định chính xác chiều dài phần sensor ngập trong ống.

Chiều dài này cần đảm bảo sao cho đầu đo sensor được đặt ở
chính giữa tâm ống (center-line) để giúp tối ưu hoá việc tiếp
xúc giữa 2 đầu sensor với dòng khí đi qua. Điều này sẽ đảm
bảo cho phép đo, độ chính xác và lặp đọc là chính xác nhất.

Hình 4: Lưu lượng kế STP với việc tích hợp thêm bộ hiệu
chuẩn in-situ, VeriCal.
Lựa chọn đầu đo kép, cho mục
đích kép
Các model ST102, ST112, STP102
và STP112 là các dòng lưu lượng kế
có hệ thống đầu đo kép có thể dùng
trong các ứng dụng chế độ đo lấy giá
trị trung bình của 2 điểm đo hoặc
trường hợp 2 điểm đo riêng biệt và
độc lập rồi cùng đưa về hiển thị chỉ
trên một transmitter hiển thị từ xa
duy nhất.(hình 6). Thiết kế hệ thống
đầu đo kép này sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí khi mà như
thông lệ ta sẽ cần đến hai hệ thống đầu đo và hiển thị riêng
biệt.

Cấu hình 2 trong 1

Hình 5: Thước đo
và ren côn được
tích hợp trên tất
cả các dòng sản
phẩm FCI
Hai đầu đo cùng chia sẻ một transmitter hiển thị – một khái

niệm duy nhất và hoàn toàn mới được đưa ra bởi FCI. Các
nhà máy hay các ứng dụng khác nhau có thể thực sự cắt giảm
được 25% chi phí ban đầu hoặc hơn thế nữa khi sử dụng thiết
kế độc đáo 2 đầu đo đưa tín hiệu về cùng 1 transmitter hiển
thị này.
Phần kết nối quá trình của các đầu đo và việc hiệu chỉnh có
thể tương tự nhau hoặc hoàn toàn độc lập và khác nhau. Mỗi
đầu đo sẽ đều được kiểm soát và có các giao diện “đầu-cuối”
trên bảng mạch điện tử trong transmitter. Bất kỳ đầu ra tương
tự 4-20mA hay đầu ra rơle nào cũng đều được tích hợp cho
từng đầu đo sensor. Màn hình cảm ứng LCD có thể được cài
đặt hiển thị thông số đo lường của từng đầu đo, việc hiển thị
của 2 đầu sensor này sẽ được người dùng tự cài đặt theo yêu
cầu công nghệ hoặc sẽ được chuyển đổi hiển thị một cách tự
động.
Trong việc kết nối các cổng truyền thông bus, tất cả các dữ
liệu từ 2 đầu sensor này sẽ liên tục được truyền qua các bus
này. Điều này thậm chí còn mang đến sự tiết kiệm nhiều hơn
bởi chi phí cho các cổng truyền thông bus sẽ được cắt giảm
khoảng 50%, việc nối dây bus cũng vì vậy giảm xuống chỉ
còn 50% trong khi chỉ cần đến một nửa số node như bình
thường.


Hệ thống 2 đầu đo lấy
giá trị trung bình
Những ứng dụng mà liên
quan đến việc lắp đặt tại
các kích thước đường ống từ 16 inches [406 mm] hoặc lớn
hơn thì cấp chính xác và độ lặp đọc thực sự sẽ được cải thiện

và nâng cao bởi việc lấy giá trị đo trung bình từ hau đầu đo.
Các nhiễu loạn, hay dòng chảy rối loạn, hoặc trạng thái dòng
lưu lượng khí thường xuyên thay đổi sẽ làm giảm độ chính
xác của thông số đo được đối với trường hợp chỉ một đầu đo.
Trong nhiều trường hợp, các nhà máy đôi khi không thể điều
chỉnh đường ống công nghệ để có thể lắp đặt tại mọi điểm
các đường ống luôn chạy thẳng với trạng thái dòng khí được
điền đầy ống, đặc biệt là đối với các đường ống lớn.
Models ST102, ST112, STP102 và STP112 sẽ khắc phục
hoàn toàn các mối lo ngại về các trạng thái dòng khí này với
chỉ một hệ thống đơn giản và cực kỳ kinh tế - “hệ thống đầu
Hình 6: hệ thống đầu đo kép
lấy giá trị trung bình của
ST100 series
đo kép lấy giá trị trung bình”. Phần transmitter điện tử sẽ lấy
trung bình tín hiệu đầu vào từ 2 đầu đo độc lập thành chỉ 1
đầu ra.
Mỗi đầu đo có thể cấu hình độc lập các phần chiều dài thân
cắm sensor và kết nối quá trình để có thể lắp đặt vào các vị trí
một cách linh hoạt nhất. Một đầu đo chỉ cần đo và lấy tín
hiệu, đầu đo còn lại có thể được tích hợp luôn với phần
transmitter hiển thị tại chỗ, hoặc cả hai có thể được cấu hình
theo kiểu hiển thị từ xa (remote) đo và cùng đưa tín hiệu về
transmitter hiển thị ở một vị trí khác. Phần transmitter hiển
thị này sẽ cung cấp các thông tin độc lập cho từng đầu đo,
điều này sẽ tiết kiện được rất nhiều thời gian khi cần thực
hiện kiểm tra hiệu chuẩn.

Khả năng hiệu chuẩn vượt trội
Trong khi việc hiệu chuẩn một nhóm đơn giản cũng cần có

đủ các thao tác, thì ST100 series có thể cung cấp tới 5 nhóm
hiệu chuẩn. Phụ thuộc vào các ứng dụng yêu cầu hiệu chuẩn
khác nhau, mà đặc tính này có thể tiết kiệm rất nhiều thời
gian và chi phí quan trọng. Một vài ví dụ như:
l Mở rộng dải đo: Mở rộng dải turndown lên tới 1000:1 hoặc
cho rất nhiều dải đo khác nhau cho các khí như nhau để tối
ưu hoá cấp chính xác và độ phân giải dưới các điều kiện hay
thay đổi. Điều này đặc biệt có ích với các khí thải, khí mà
luôn yêu cầu cả dải lưu lượng thấp ở điều kiện hoạt động
bình thường và sự rò rỉ khí, và cũng như với dải đo rất cao
khi các thiết bị upset. Việc hiệu chuẩn được rất nhiều nhóm
thông số này sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí thay vì phải sử
dụng nhiều lưu lượng kế khác nhau.
l Hỗn hợp các khí khác nhau trong các dòng khí tương tự
nhau: Việc hiệu chuẩn được hỗn hợp các khí khác nhau cùng
song song tồn tại sẽ tối ưu hoá cấp chính xác phép đo lưu
lượng trong cùng đường ống hay đặc tính theo mùa ảnh
hưởng đến các khí quá trình (ví dụ: khí thải nhóm 1 là 65%
CH4, 35% CO2; Nhóm 2 là 62% CH4, 38% CO2).
l Các khí khác nhau: thay vì phải dùng đến các thiết bị cầm
tay hay lắp đặt tạm thời cho các ứng dụng đa dạng khác nhau,
FCI có thể đo và hiệu chuẩn cho cùng lúc nhiều khí khác
nhau, điều này sẽ giảm thiểu thiết bị vật tư dự phòng trong
các nhà máy với rất nhiều điểm đo và ứng dụng yêu cầu khác
nhau. Ví dụ các nguồn nhiên liệu kép (khí thiên nhiên và
propane, khí Biogas (CH4, CO2, H2S, O2, N2,…)
ST100 được calib hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm hiệu
chuẩn tiêu chuẩn của FCI, dùng phương pháp so sánh với khí
tương đương, một phương pháp rất điển hình đang được sử
dụng trên khắp thế giới. Các lưu lượng kế nhiệt của FCI được

hiệu chuẩn đúng với các điều kiện quá trình thực tế mà thiết
bị sẽ được lắp đặt, điều này nhằm đảm bảo hiệu quả trong
việc đạt tới cấp chính xác cao nhất, với dải calib sát nhất với
dải đo thực tế.
Với hơn 40 năm kinh nghiệm về thiết bị lưu lượng, FCI đang
có những phòng thí nghiệm và phân tích lưu lượng hàng đầu
thế giới. Tất cả các thiết bị thí nghiệm được Viện tiêu chuẩn
quốc gia (NIST) chứng nhận, cũng như được cấp chứng chỉ
ISO 9001:2000 và AS9000 compliant. Các phòng thí nghiệm
cũng đạt các tiêu chuẩn MIL-STD-45662A và ANSI/NCSL-
Z-540
Phòng thí nghiệm hiệu chuẩn lưu lượng của FCI có khả năng
hiệu chuẩn các dải lưu lượng thấp xuống 0.001 SCFM
(0.00017 NCMH) tới dải đo vượt quá 5000 SCFM (8500
NCMH) và cao hơn nữa cho các đường ống vượt trên 10
inches (250 mm). Các ứng dụng hiệu chuẩn có thể được thực
hiện với dải nhiệt độ từ -100 °F tới +1000 F (-73 oC tới
538oC) và áp lực từ 0 psig tới 1000 psig (0 atmospheres tới
68 atmospheres)

Thiết kế đạt các chứng chỉ chứng nhận cho các vị trí khắc
nghiệt nhất
Lưu lượng kế ST100 được thiết kế cho các ứng dụng quá
trình và điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất. bao gồm nhiệt
độ lên tới 850 ºF (454 ºC). Khoảng cách cho cấu hình đo và
hiển thị từ xa lên tới 300m.
Tất cả các dòng sản phẩm ST100 series đều được chứng nhận
cho toàn bộ thiết bị, đầu đo sensor, bảng mạch điện tử/
transmitter và hợp bộ bảo vệ enclosure. Các Chứng nhận bao
gồm: FM và FMc: Class 1, Division 1, hazardous locations,

Groups B, C, D, E, F, G; ATEX và IECEx: Zone 1, II 2 GD
Ex d IIC T4. Hợp bộ bảo vệ enclosure đạt cấp bảo vệ NEMA
4X/IP67 và là lưu lượng kế nhiệt duy nhất với 4 cổng đầu
vào cáp cung cấp cách ly dây nối và tín hiệu toàn vẹn nhất.

Một đặc tính ưu việt nữa của dòng ST100 series là bảng
mạch điện tử thông minh với việc tích hợp các phím bấm
được lập trình kích hoạt theo nguyên lý quang học, màn hình
hiển thị số dạng cảm ứng. Trong những môi trường điều kiện
làm việc khắc nghiệt, không cần mở thiết bị ra mà các kỹ sư
vẫn có thể thực hiện các thao tác cài đặt lưu lượng kế thông
qua mặt kính cảm ứng. Điều này cũng có nghĩa thiết bị không
cần phải di chuyển thiết bị đến nơi khác để thay đổi các
thông số cài đặt.

Kết luận
Với các lựa chọn linh hoạt các đầu ra trên một loạt các model
lưu lượng kế khối lượng theo công nghệ nhiệt, tương thích
với các phương thức truyền thông số cộng thêm sự linh hoạt
trong việc thay đổi các phương thức này một cách dễ dàng,
các dòng sản phẩm ST100 thực sự sẽ tạo nên một cách nhìn,
một cách đánh giá hoàn toàn mới. Thiết bị lưu lượng kế
thông minh có khả năng đo lường cùng lúc 3 biến quá trình –
lưu lượng, nhiệt độ và áp suất- cùng với tích hợp chức năng
thu thập dữ liệu sẽ cung cấp cho các kỹ sư công nghệ với tất
cả các dữ liệu họ cần chỉ bởi với 1 thiết bị đo duy nhất.
Thêm vào danh sách các chức năng thông minh của ST100,
đó là màn hình hiển thị số LCD trên nền đồ hoạ qua màn
hình cảm ứng, kết hợp việc hiệu chuẩn đa nhóm chức năng,
hiệu chuẩn nhiều khí cùng một lúc, hiển thị thông số của

nhiều nhóm khí trên cùng một màn hình. Có thể nói ST100
series đã thực sự làm nên một cuộc cách mạng về lĩnh vực
thiết bị đo lường lưu lượng, là dòng sản phẩm đầu tiên trên
thế giới sau hơn 20 năm sau ngày đầu tiên công nghệ nhiệt
góp mặt vào ngôi nhà chung đo lưu lượng thế giới, đã đánh
dấu một bước ngoặt lịch sử trong thế kỷ 21 trong việc xoá bỏ
mọi rào cản về tính tương thích truyền thông công nghiệp.
Góp phần tạo nên cái nhìn về 1 dòng thiết bị đo lường thông
minh hơn, một thiết kế sáng tạo hơn và trên hết sẽ mang lại
những hiệu quả thực sự làm tăng hiệu suất hoạt động của nhà
máy và giảm thiểu tối đa các chi phí hoạt động không cần
thiết. q