流量检测仪表的选用策略

摘要：合理选择仪表，是经济与科学技术正确结合的综合性工作。在生产过程中，为及时掌握生产情况和监视、控制生产过程，而对其中一些变量进行的定性检查和定量测量。检测的目的是为了获取各过程变量值的信息。根据检测结果可对影响过程状况的变量进行自动调节或操纵，以达到提高质量、降低成本、节约能源、减少污染和安全生产等目的。

关键词：流量检测、仪表、合理选用、策略

中图分类号：P634文献标识码： A

一、前言

通过测量可以得到被测量量的测量值，然而测量目的还未全部达到，为了准确地获取表征对象特征的定量信息，还要对实验结果进行数据处理与误差分析、估计结果的可靠性等，以便保证安全生产。检测技术涉及的内容非常广泛，包括被检测信息的获取、转换、显示以及测量数据的处理等技术。随着科学技术的不断进步，特别是随着微电子技术、计算机技术等高新科技的发展以及新材料、新工艺的不断涌现，检测技术也在不断发展。

二、测量流体流量的基本原理与分类

1、基本原理

流体的流量就是指每一个截面在单位时间内都会有流体量经通道流过去。表示流量的两种方法有：

（1）质量流量。质量流量就是指每一个截面在单位时间内都有流体质量经通道流过去，即：

（2）体积流量。体积流量就是指每一个截面在单位时间内都有流体体积经通道流过去，即：

在这两个公式里，管道横截面积m2，用A表示；管内流体平均速度 m/s用 W 表示；流体质量kg，用m表示；流体密度kg/m3，用ρ表示；质量流量kg/s 用Qm表示；时间s，用 t 表示；流体体积 m3，用V表示；体积流量m3/s，用 Qv表示。这两者之间的计算公式是：

流量合计为：

2、流体流量仪表的分类

如图 1 所示，容积式、速度式、差压式是划分流体流量仪表的三大类。

图 1 流量仪表的分类形式

三、压头或差压流量计简介

最常用的流量检测设备有压头或差压仪表,它们包括孔板、文丘利管、喷嘴、堰、水道和许多其它装置。

对于上述任何一种差压型仪表,若精确度是主要的话,那么最大与最小流量比应该不大于3:l或最大不超过3.5:1。当使用复合型式仪表时,目前差压变送器的高复现性能适应各种类型的流量控制。

差压型流量测量仪表有简单、可靠、价廉、而且精确度高的特点。由于它是直接测量流量,因此特别适合直接的流量自动控制。孔板在液体和气体的差压测量中是最常用的节流装置。孔的中心低于管道轴线的孔板常用于有沉积物的流体;孔的中心高于管道轴线的孔板常用于液体流道上方存在蒸汽的管道中,垂直管道安装的孔板总是属于同心型的。

孔板的另一种形状是圆缺形板,它常用于非常脏污的液体、气体和含有液体的蒸汽。实用的孔板必须有一个十分尖锐的边缘,而被测流体的雷诺数至少为10000。若流体的雷诺数低于10000,其粘度就成为影响测量的因素。这个问题经常用扇形孔板来解决。

在管道中两个取压孔测量的是孔板上游和下游较低压力处的压力,两个取压孔之间连接的压力传感器测量的是两个压力之差。由于沉淀物会在孔板处累积和使其磨损,因而孔板不适用于悬浊液和脏污流体。文丘利管一般适用于液体。当要求良好的压力恢复或者气流中存在麻烦的悬浮微粒时,它们能用于气体流量测量。文丘利管有一个短而窄的中心部分和向两端扩展的锥形端头,所以流过中心部分的流速高于两端的流速,一个逐渐扩大部分可提供较好的压力恢复—即压力损失较低。在入口端和喉部的取压点测量差压。

喷嘴有三种通用的标准结构,其入口部分的形状和喉部长度是各不相同的,但是它们的工作性能几乎相同;差压测量点一般位于离喷嘴入口上游的一倍管径和下游的1/2倍管径处。喷嘴通常用于测量蒸汽和其它腐蚀性高速流体的流量。由于喷嘴的精确形状不是很关键的因素,因此即使喷嘴长期工作在不利的情况下仍能保持它的精确度。

毕托管几乎不会引起压力损失。它通过管道壁上的螺纹接头安装,常以组合旋阀或闸门阀和密封件进行装配,这样它能横越流速移动,确定流速分布图。由于毕托管具有较低的运行成本和安装方便等优点,在蒸汽管道、烟道和监视输送方面的应用目前正在增加。

弯管流量计是基于动量原理工作的。当流体流经弯管时,弯管外侧面上流体的压力大于管道正常压力,在内侧面上,低于正常压力,因而在弯管的内外侧产生压差,而且这个压差与流速和流体的密度有关。因此通过在弯管中设置的取压孔测出弯曲处内外侧之间的差压就能测量流量。取压孔通常开设在45°处(图2),因此弯管流量计能作双向仪表。某些最新资料建议:取压孔设置在22.5°处能得到较好的复现性。

图2 弯管流量计

特殊的弯管装置可适用于低流速或较低密度的流体。例如:天然气或蒸汽。它们利用减小弯曲的角度,然后逐渐扩展管道截面,从而提供良好的压力恢复。

四、流量仪表的选用策略

1、选择目的

在选择使用最佳仪表时,有几个变量或参数是必须考虑的。提出一个基本问题是你需要质量流量测量还是需要体积流量测量?实际上许多过程都与质量有关。例如:所有的化学反应都与质量有关。然后从实用观点出发,只有少数几个可用的质量仪表。一般是测量体积流量并从体积流量来推算质量流量。

当选择流量控制装置时,你一定要真正了解需要的精确度和仪表的成本(包括安装费)。务必使:

（1）测量仪表能检测应用的流量。

（2）无论是满量程或流量的百分率都要满足精确度的要求。

2、认清精确度

现有的流量检测仪表正如本文所述的那样是各不相同的,因而不了解精确度的概念而要比较或选择这些仪表是困难的。一般制造厂给出最大(全量程)流量的百分数或者流量百分数的精确度值,这两个数字是不一样的。我们假定有一台每分钟100加仑流量的仪表,仪表的一种精确度是流量的士1%,另一种仪表的精确度是全量程的土l%。精确度以全量程表示的仪表测量流量的误差只能是实际的流量土l单位或者l加仑,而与流量值无关。若仪表工作在最大值时,那么它能读得100土1加仑的流量,其误差就是流量的士l%;如果流量为每分钟50加仑,仪表的测量值则为50土1加仑,因此其误差就是流量的士2%,但仍是全量程值每分钟100加仑的士l%。同样在每分钟10加仑的流量时,1加仑的误差为仪表流量的10%。

在仪表的精确度以流量的百分数表示时,此百分数对不同的流量是相同的,与流量无关。这样,误差为流量的1%就会偏离土1加仑,这就使它同仪表的最大流量的百分数误差相等。而在每分钟50加仑流量时,l%流量误差只偏离l/2加仑。由于误差是实际流量的固定百分数,因此实际读得的偏离值随着流量的下降而越来越小。

3、安装方面要求

流量计上下游是否有直管段要求?是否需要安装流动矫直器?是否可测反向流?流量计是装在管子外壁还是需要断开管子接入?环境温度与湿度对流量计安装地点的影响?电气干扰与安全性如何。

不同原理的测量方法对安装要求的差异很大,但有些仪表说明书对于仪表的安装位置、维护空间、安装方向等的说明过于简单,然而众多资料表明:流量仪表的测量性能受安装状况的影响很大。

管道布置方向有时会影响仪表的选择,有些仪表水平安装或垂直安装在测量性能上存在差别。仪表安装方向还取决于流体的物理性质,如水平管道会沉淀固体颗粒,测量浆液的仪表最好垂直安装。有些仪表只能单方向工作,因此要注意仪表的安装方向。使用这类仪表还应考虑到在误操作时是否可能产生反向流动,必要时应加装逆止阀以保护仪表。能双向工作的仪表也要注意正向、反向测量时性能之间可能存在的差异。大部分流量仪表或多或少受进口流动状况的影响。流动扰动的主要表象是流速断面分布的畸变和旋涡,流速分布畸变通常是由于管路配件(如阀门)局部阻碍所致,旋涡普遍是由两个或两个以上的弯头所引起。这些影响能够以适当长度的上游直管段或安装流动矫直器予以改善,管线上的流量控制阀应布置在流量计的下游,避免上游阀使流速分布畸变而影响仪表性能。

流量仪表与电子、电气设备的连接应考虑杂散电平的干扰,流量计厂家一般会提出连接电缆的型号并建议连接的方法。当仪表输出电平较低时,应使用与环境相适应的前置放大器。有些仪表的输出信号易受大功率电源的影响,会使仪表的输出产生波动。信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源,以便把电磁干扰、射频干扰的影响降低到最小。仪表的电子部件和流量传感元件会受到环境温度变化的影响,如:传感元件的尺寸变化、通过管道或壳体的传热会改变流体的密度、粘度,影响电子元件的性能。有时采取将传感器与转换显示部分相分离(两者分别安装在不同地点)的方法,以保证电子元件免受测点处环境温度的影响。

五、结束语

总之，流量监测仪表设备在检测测量中起到十分重要的作用,应用的范围也越来越广泛。各种流量检测仪表大量使用，这也对我们选择一台合适的流量检测仪表提出了要求。因此，不管是用何种流量检测仪表，注意他们的选用与安装，对于能不能把压力真实的测出来还是至关重要的。

作者简介：齐秀玉，1995年参加工作一直从事仪表选型维护等工作。

参考文献：

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[2] 蔡武昌：《回顾和展望中国流量检测仪表的发展》，《航空计测技术》，2003年03期

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[4] 刘霞 林宁：《尿素装置中流量仪表的选型及方案设计》，《石油化工自动化》，2011年04期