均速管流量計(jì)--簡便、價(jià)廉、節(jié)能的流量儀表
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長期以來，人們都認(rèn)為：各總壓孔所測總壓反映了管道中的流速分布，由于流速不等，所測總壓也不相等，這些總壓在均速管高壓腔中“平均”后輸出的壓力，就是管道中平均流速的總壓。實(shí)際并非如此，由于各點(diǎn)總壓不等，在高壓腔中會(huì)有流動(dòng)，甚至在孔的邊緣還會(huì)有渦流，這都將產(chǎn)生壓損。1975年，William.H.等人曾對(duì)此進(jìn)行了測試、研究，也提出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，但這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式中還存在一些系數(shù)有待實(shí)驗(yàn)去確定，無法直接算出平均流速差壓值。因此，迄今為止，無論采用哪些方法來確定總壓孔的位置與數(shù)量，均速管最終還是需通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定來確定流量系數(shù)K。由于隨著流量的變化（即Re的變化）時(shí)，流速分布在靠近管壁處的變化將比管道中心大，對(duì)數(shù)—契比雪夫的總壓分布，在靠近管壁處要多一個(gè)測點(diǎn)，以適應(yīng)這種變化，也更為合理。
易忽視的熱點(diǎn)——管道
30多年來，廠商對(duì)以上兩個(gè)問題都不遺余力，進(jìn)行了大量的創(chuàng)新。但就均速管本身而言，僅是一個(gè)多點(diǎn)流速計(jì)，它只有插入管道中才能測流量，才可稱為流量計(jì)。況且，管道對(duì)均速管的流量測量的影響舉足輕重，不可忽視，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
1、 直管段長度
均速管前直管道長度必須達(dá)到20~30D，以保證流速分布為充分發(fā)展紊流，只有這樣，僅測幾點(diǎn)的流速才可能推算流經(jīng)整個(gè)截面的流量。否則，管道中的流動(dòng)將如圖3所示，比較復(fù)雜（在其他阻力件后，情況也類似），流速分布不僅不對(duì)稱于軸線，還會(huì)有橫向流動(dòng)（二次流）及漩渦，僅測直徑上幾點(diǎn)流速能說明什么問題？又如何保證測量的準(zhǔn)確度？
2、 管道內(nèi)徑
均速管只能測流速，要測流量必須乘管道截面（圓管要測內(nèi)徑，矩形管需測寬與高）。而它又是一種插入式儀表，實(shí)際應(yīng)用中，往往很難或并不認(rèn)真測內(nèi)徑。
ISO7145就認(rèn)為，在無法測內(nèi)徑時(shí)，允許用軟尺測管道外徑的周長、估計(jì)壁厚來確定內(nèi)徑，這樣做當(dāng)然更無法確認(rèn)管道內(nèi)壁的腐蝕、積垢等情況的影響。如此確定的管內(nèi)徑，怎么能保證準(zhǔn)確，而從下面分析可看出管內(nèi)徑的準(zhǔn)確與否，將成為影響均速管流量測量準(zhǔn)確度舉足輕重的因素。
流量準(zhǔn)確度的估算
如僅考慮主要因素，均速管計(jì)算公式可簡化為：
此外，公式①中的流量系數(shù)K即使廠商逐臺(tái)標(biāo)定，也是在實(shí)驗(yàn)室的特定條件下得到的，而現(xiàn)場往往達(dá)不到試驗(yàn)室的流場條件，這時(shí)采用廠商提供的流量系數(shù)K，也將帶來較大的誤差。早在20年前，W.Rahmeyer和C.L.Britton在阻力件（彎頭、閘伐……）后2至12D處安裝均速管進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試。測試表明，在直管段不到4～5D時(shí)，流量系數(shù)的偏差將達(dá)到±8%以上。
上述分析進(jìn)一步說明了，管道（包含內(nèi)徑D及直管段長度L）是影響均速管流量測量準(zhǔn)確度的主要因素！
在工控系統(tǒng)中的位置
現(xiàn)場中直管段長度取決于工藝要求，很難為照顧流量儀表來安排20D以上的直管段，而沒有足夠長的直管段，均速管就必須面對(duì)誤差可能達(dá)到±8%的嚴(yán)酷事實(shí)！均速管在工控系統(tǒng)中還有無立足之地？
均速管在工控系統(tǒng)中只是一個(gè)提供信息源的檢測環(huán)節(jié)，它的輸出所反映的流量信息，應(yīng)正確無誤地反映流量的變化，而不一定是確切值，在這里重復(fù)性的重要性往往大于準(zhǔn)確度。例如，在鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中，應(yīng)測空氣流量，并以此調(diào)節(jié)、控制燃料的大小，以保證最佳的燃燒效率。這里只要均速管的輸出與流量存在確定的單值函數(shù)關(guān)系，且不隨意變化，即重復(fù)性較好就可以了。至于空氣量的確切值是多少（準(zhǔn)確度）并非系統(tǒng)所關(guān)心的問題。也就是說，只要不涉及物流的結(jié)算（貿(mào)易、經(jīng)濟(jì)評(píng)估等），準(zhǔn)確度就是非主要考慮的問題。
30多年來對(duì)均速管的研究表明，在直管段達(dá)不到要求情況下，其誤差可達(dá)到±8%以上，但重復(fù)性往往可做到0.5%。只要使用目的不是貿(mào)易結(jié)算（如天然氣的計(jì)量），而是用于工控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、監(jiān)控，均速管就以其結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，特別是大口徑情況常做為首選儀表，而大有用武之地。
發(fā)展、創(chuàng)新面臨的問題
均速管問世30余年來，以其結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)在流量家族中占有一席之地。但正所謂“福兮禍所伏；禍兮福所倚”，這些優(yōu)點(diǎn)卻不可避免地為它帶來了以下3個(gè)缺點(diǎn)：
1、準(zhǔn)確度較低
多年來，均速管發(fā)展的型號(hào)近20種之多，由于是插入形式，只能通過檢測桿來反映流速，無論在上面取了多少個(gè)測點(diǎn)，也只能反映管道截面上直徑（或?qū)?、高）上的流速分布，在直管道達(dá)不到要求時(shí)，這些點(diǎn)失去代表意義，準(zhǔn)確度難以優(yōu)于±3%。
2、輸出差壓小
均速管是根據(jù)皮托管測速原理，通過測總靜壓來推算流量，常用于大口徑測氣體情況，這時(shí)輸出差壓僅幾十帕（幾毫米水柱）。這是它的原理與結(jié)構(gòu)所決定的，研制廠家多年來雖不遺余力在檢測桿上大做文章，但收獲有限，最新推出的T形結(jié)構(gòu)，即使按廠商所說提高了20%輸出差壓，從實(shí)用角度來看所提高的輸出差壓也無濟(jì)于事。
3、易于堵塞
由于必須通過檢測孔來測流量，只要流體中有粉塵、固體顆粒、凝析物等，堵塞就難以避免。雖易于拆裝，甚至可不斷流進(jìn)行檢修，終不是好事，為用戶難以接受。
均速管的研制者30余年來針對(duì)以上存在的問題不懈努力，做了不少改進(jìn)，但如不跳出舊的模式，就難取得突破性的進(jìn)展，似已山窮水盡疑無路了。但如果打開思路，與其他某種儀表取長補(bǔ)短，是否能柳暗花明又一春？筆者為此做了嘗試，于1986年取得一項(xiàng)專利（CN852045298）確有些效果，但不明顯，最近在此基礎(chǔ)上又做了改進(jìn)，正申報(bào)專利，以期對(duì)均速管的推廣應(yīng)用盡微薄之力。(end)
評(píng)論