液流量计量发展趋势与数据采集

[摘要]流量计量按被测量流体区分可分为水流量、气流量、油流量计量，虽然流量测量的介质具有不可互换性，但其计量方法大致相同。文章以气体流量计量为例，介绍目前流量计量现状。

[关键词]流量计量；现状；发展趋势

[作者简介]刘国亮，广州市花都质量技术监督检测所，广东广州，510800

[中图分类号]TE933.307[文献标识码]A[文章编号]1007-7723(2009)05—0028-0002

一、概述

流量计量是对流量进行准确测量的科学，是计量科学技术的组成部分之一，其目的是保障流量量值的准确一致。其主要内容包括流量测量方法和测量仪表、流量校准设备和校准技术以及流量量值传递。

二、流量计量现状

国内外气体流量校准装置采用的技术方案主要有：质量一时间法(m-t法)、压力一容积一温度一时间法(pWt法)、皂膜法(Soap film)、活塞法(Pis-tonp rover)、钟罩法(Bellp rover)等。

m—t法采用称重的办法，由△m／At计算得到流量，直接溯源于质量基准，比较容易获得高的准确度。目前，国内外测量范围可达(1～100)g／s，不确定度达0.05％。

pVTt法采用抽真空收集气体的方案，通过测量容积、压力、温度以及时间的办法，根据热力学状态方程间接求得质量流量，是大多数国家气体流量基准采用的方案。测量范围可达(1～200)g／s，不确定度达0.05％。

皂膜法通过测量气体在流入玻璃管的同时推动皂膜移动给定距离所需时间的方法测得流量。可测范围一般不大于2L／min，目前国内外不确定度水平是0.5％。

活塞法包括金属管活塞法和玻璃管活塞法，通过测量活塞移动时排出气体体积及所需时间的方法测得流量。可测范围一般不超过50L／min，金属管活塞法不确定度可达0.02％，玻璃管活塞法不确定度可达0.05％。

三、流量计量发展趋势

目前，流量计量发展趋势集中体现在以下两个方面：一是极端工况、极端量值、专用介质流量计量标准的研发；二是动态流量校准。

极端工况、极端量值、专用介质流量测量设备及计量标准包括高、低温小流量红油齿轮和涡轮流量计的校准，高压喷嘴流出系数的校准，大口径气体流量计的校准，氦气流量计的校准，低温介质流量计的校准等。

动态流量计量主要是指脉冲流量计量，其中ms级脉宽流量计量已取得进展，而窄脉宽(us级)大流量领域的测试手段和校准技术及其装置正在积极研究中。

现简单介绍两种用量较大且计量较困难的液化气和氢气的计量，供大家参考。

四、对液化气的计量

对液化气的计量，我们先后考虑使用涡街流量计、腰轮流量计、膜式煤气表、涡轮流量计等仪表进行计量。但经分析，发现前3种仪表在现场使用中都有一定的局限性：

1由于液化气的成分问题，长期使用会使仪表传感器上附着一些黏性物质，使用涡街流量计会影响到仪表的准确测量，且其对小流量的计量非常困难。

2腰轮流量计表体笨重，而厂区内液化气管道很多架在高空，为保证测量点的有效性，很多仪表也必须装在空中。因此，使用容积式流量计安装极不方便。

3膜式煤气表耐压低。一般厂家生产的膜式煤气表耐压只能达到40kPa左右，而某公司液化气管道压力在80kPa左右，故无法使用。

通过比较各种仪表的性能，发现只有涡轮流量计较为理想，其不但准确度高、体积小、启动流量小、耐压能达到现场要求，且维护量也较小。因此，对各厂家的涡轮流量计进行比较后，从使用结果看，无论是测量准确性还是稳定性，其都达到了很好的效果。下面简单介绍涡轮流量计在安装和使用中需注意的几个问题：

(1)管道上最好有旁通管道，流量计安装在主管道上，需要检修仪表时，气体可由旁通管道经过，不至于影响正常生产。

(2)在新装的管道上，仪表进气端需安装过滤器；对管道进行吹扫时，流量计和过滤器必须拆下，以防止新管道内杂质对仪表的损害；尽量每月对仪表及过滤器进行一次清洗，连续进行2—3次，以及时处理仪表内附着的管道残渣。

(3)由于液化气属于危险气体，其密度又比空气大，所以要注意其安全防爆的要求。除了电气方面的防爆保护，还要注意仪表位置的选择。

五、对氢气的计量

由于氢气的密度非常小，且其安全流速又低，金属转子流量计较为适用。而试用几种不同金属转子流量计后，某公司最终选择了承德KROHNE公司的金属转子流量计。该仪表计量性能较为稳定，以下就对其使用中需注意的几个问题加以说明：

1流量计选型时参数必须严格确认，流量最好在仪表量程的60％左右，对于流量波动较大的场所，最好在仪表位置安装流量缓冲容器。

2流量计的安装必须严格按照厂家的技术要求进行，由于仪表需要垂直安装，所以仪表安装后的水平度必须严格控制，若水平度不好，对后续影响非常大。

3由于是对气体进行计量，一般仪表都会配备气体阻尼器，而气体阻尼器与浮子的配合非常紧密，因此在仪表的进气端必须安装一个磁过滤器，以防止管道内金属杂质进入仪表阻尼系统，造成仪表卡住等问题。

4由于仪表是使用磁性材料进行测量，因此不能安装在附近有磁场的环境，且同样的位置需安装多台仪表时，必须考虑其安装位置，防止相互干扰。

5氢气亦属于高危险性气体，在安装时必须注意其安全防爆的问题。

六、对数据的采集

数据采集的传统方法是给仪表配备累积装置，或者使用积算仪进行累积。但这两种方法分别存在以下缺点：

1传感器配备的累积装置一般都由厂家直接提供，而对于这类型的介质还必须使用防爆型的积算板，其费用一般都很高，且部分仪表受安装位置的影响，读数非常不方便。

2使用分离的积算仪，由于安装点多，费用相对较高。此外，在不同位置都需要设置一个仪表箱来安装仪表，影响现场美观，且历史数据查询不方便。

对于多点监控，目前多使用多功能的无纸记录仪进行记录；而无纸记录仪的缺点是，数据处理模式单调，且目前使用的积算仪对于脉冲输入信号的点数都有很大的限制。

这里提供一套既经济又实用的计量方法对数据进行采集：信号模块+组态软件的采集模式。即先将仪表的信号输入信号模块，信号模块将模拟信号转换为数字信号后与计算机通信；至于数据的查看方式，可利用组态王的功能，根据客户的不同要求编制成各种美观实用的画面，进行能源监控。此外，还可在不同时间段自动生成报表，解决抄表的困难。