用二次仪表提高涡街流量计在过热蒸汽计量中的准确度

王 强/宜兴市计量检定测试所

0 引言

近年来，涡街流量计开始步入过热蒸汽流量测量领域，并取得了一些令人满意的效果。涡街流量计发展速度之快、应用范围之广是不少流量计所不及的。究其原因，还是由其自身特点所决定的。涡街流量计不存在零位漂移，无可动部件，高可靠性，量程范围较宽，测量准确度高，压力损失小[1]（仅为节流式差压流量计的1/4～1/2）。将涡街流量计应用到过热蒸汽计量中，可充分发挥其优势。因此，处理好现场应用中影响涡街流量计准确度的因素，涡街流量计是一种非常有前途、准确可靠的过热蒸汽计量方式。影响涡街流量计在过热蒸汽计量中准确度的因素较多，本文从二次仪表的角度给出了相应改进措施和修正方法。

1 二次仪表输入信号选择

涡街流量传感器的常用输出信号（即二次仪表的输入信号）形式为脉冲信号或4～20 mA直流电流信号，现在市场上的涡街流量计已有同时输出脉冲信号或者4～20 mA直流电流信号的产品，两种信号输出各有其优劣。频率信号为传感器产生的原始信号，但在传输过程中易受到干扰，特别是现场有振动源、大功率电气设备[2]等干扰源存在的情形尤其要引起注意，部分涡街流量计在不通流的情况下仍然出现流量示值，或者工况稳定时出现流量示值突然增大，正是由干扰源引起的；电流信号在传输过程中不易受到干扰，但由于电流信号要通过F/I频率电流转换单元转换而来，而这一过程中至少要损失0.02%的准确度。所以选型时应该充分考虑现场的环境条件，选择合理的仪表。

2 压力测量校准

在压力变送器满足准确度等级的前提下，压力测量的可靠性主要受引压管设置的影响。一般情况下，供热单位在铺设管路和安装仪表的时候，为了更方便地校验和维修仪表，压力变送器安装位置与管道取压口往往不在同一高度，由于引压管内冷凝水的重力作用，使压力变送器测得的压力值和蒸汽的实际压力值之间会有偏差。以压力变送器在取压口的下方2 m为例，假定引压管内冷凝水高度为1 m，则压力变送器示值会偏高9.8 kPa。以实际压力为0.5 MPa，温度为170℃的过热蒸汽为例，压力示值偏高导致的二次仪表查表计算得到的密度值比真实密度值偏高2.04%，导致质量流量相应也偏高。对引压管内冷凝液影响的校准，最方便的方法是在智能二次仪表中，将压力量程设置为- 9.8 ～ 1 590.2 kPa（压力变送器量程为0～1.6 MPa）即可，既省力省时、又准确方便。当然要准确对压力测量校准，需要对管道特别是引压管路进行充分保温，然后在稳定工况下，使用同一只压力变送器在安装位置A和校准位置A′分别进行测量，A处压力值减去A′压力值即可获得冷凝水的重力作用引起的压力偏差，如图1所示。

3 高温蒸汽对仪表系数的影响

涡街流量计的仪表系数（个脉冲/m3）一般是在实验室的常温空气中标定得到的，现场使用时涡街传感器处于高温蒸汽介质中，测量管内径和发生体的宽度都会由于热膨胀而改变尺寸[3]，进而影响涡街流量计的仪表系数，所以应对仪表系数进行修正，依据传感器和测量管材质的不同，可参考生产厂家提供的仪表系数随流体温度变化的关系式，并将其置入二次积算仪表中。例如：国内某厂家给出的关系式为Kt= [1-4.8×10-5(t-t0)]Km，Kt：蒸汽温度为t时的仪表系数；t0：仪表标定时的介质温度，可参考相应的检测报告；Km：实验室条件下标定得到的仪表系数。如果现场温度工况稳定，接近于定温，也可直接将计算得到的新仪表系数Kt置入二次积算仪表，这对于无法通过编程方式置入上述关系式的二次积算仪表也更为方便。如果不进行仪表系数修正，以170 ℃的过热蒸汽为例，假定涡街流量传感器是在20 ℃的空气环境中标定的，按照上述关系计算，由于受热膨胀将使仪表系数偏移-0.72%，如果仍按照标定时的仪表系数（比使用现场的仪表系数大）进行积算，将使积算值偏低，并且蒸汽的温度越高，偏低量也越大。由此可见，不对仪表系数进行校准带来的偏差还是相当可观的。

图1 压力测量校正示意图

4 仪表系数非线性校准

一般情况下，涡街流量计的仪表系数是在实验室环境下校准得到的单一值，该值是Qmax、0.4Qmax、0.2Qmax（Qmax：最大流量值）三个流量点的仪表系数中最大值与最小值平均之后得出的，对于线性度不好的涡街流量计，当流量波动偏离仪表系数中间值对应的流量点时，将不可避免地产生误差。特别是对于大流量贸易结算，百分之一的误差就可能引起巨大的贸易差额，因此为了维护供需双方的公平利益，需要有更高准确度的计量等级，建议配置带仪表系数非线性校准的智能二次仪表，目前国内已有厂家在使用六点、五段非线性修正仪表系数校正方法。主要原理是将实验室条件下标定得到的多个流量点（个数由仪表的线性度来决定，一般来说，线性度差的仪表个数要多一点，反之则可相应减少）的仪表系数及各点对应的频率值置入智能流量积算仪中，这样就能获得比单一仪表系数更高的测量准确度，而且各个点的准确度都能得到相应提高，不失为一种提高测量准确度的好办法。

5 结语

影响涡街流量计在过热蒸汽计量中准确度的因素还有很多，包括日常维护保养、定期校验比对等等，本文仅从二次仪表的角度，分析了主要几个因素。总之，要提高涡街流量计在过热蒸汽计量中的准确度，选择一台智能、可编程的二次仪表是必不可少的，并用二次仪表对实际测量进行相应的修正，消除影响涡街流量计在过热蒸汽计量中准确度的不利因素，真正用好二次仪表。

[1]蔡武昌, 孙淮清, 纪纲. 流量测量方法和仪表的选用[M]. 北京：化学工业出版社，2001.

[2]姜仲霞, 姜川涛, 刘桂芳. 涡街流量计[M]. 北京：中国石化出版社，2005.

[3]纪纲. 流量测量仪表应用技巧[M]. 北京：化学工业出版社，2003.