節(jié)流式差壓流量計為何青春依舊
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當(dāng)管道或環(huán)境有振動時，這種振動也同樣作用在傳感器上，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，當(dāng)這種電信號的幅值大到一定的程度而高于分辨閾值后，也就混在旋渦產(chǎn)生的電信號里，經(jīng)放大、整形而送到輸出端，使輸出頻率偏高，而若實際流量為零，則表現(xiàn)為“無中生有”。
渦街流量計的耐振性與其本身品質(zhì)有關(guān)，按不同原理制造的渦街流量計，其耐振性也不同，一般說來，用電容式傳感器制造出來的渦街流量計要比用壓電傳感器生產(chǎn)出來的儀表耐振性優(yōu)越。不同品牌的渦街流量計，甚至同一個品牌但口徑不同、型號不同的產(chǎn)品，其耐振性也不同。
例如某外國知名品牌在中國組裝的產(chǎn)品，DN80 及DN80 以下的渦街流量計，耐振性較好，能耐受1g 振動，而大口徑渦街流量計，耐振性就較差，DN≥150 時，不用說管道振動，就是在（一體式儀表）放大器盒旁邊用力拍手，儀表輸出都會應(yīng)聲升高。
渦街流量計的耐振性同其安裝位置也有關(guān)系，盡管儀表說明書中說，渦街流量計既可垂直安裝也可水平安裝，但在實踐中發(fā)現(xiàn)，水平安裝（即發(fā)生體處于水平位置）的儀表，耐振性明顯降低。
渦街流量計在被測流體流速很低和零流量時，耐振性較差。這是因為旋渦對傳感器的推力，同管道中流體流速的平方成正比。被測流體流速很低和零流量時，旋渦對傳感器的推力小，產(chǎn)生的信號幅值低，因此信噪比也小，振動產(chǎn)生的信號較顯著。
渦街流量計的耐振性同其所測介質(zhì)的密度還有關(guān)。因為管道振動時，傳感器隨管道一起振動，在被測介質(zhì)為液體時，由于包圍在傳感器周圍的介質(zhì)是液體，密度大，對傳感器本身有良好的阻尼作用，所以，傳感器受振所產(chǎn)生的電信號幅值小，而如果包圍在傳感器周圍的介質(zhì)是氣體，則因阻尼較差，振動所產(chǎn)生的電信號幅值大。
人們?yōu)榱烁纳茰u街流量計的耐振性進(jìn)行了長期的研究，采取了一些措施，例如采用雙傳感器法，頻譜信號處理（SSP）技術(shù)等，都收到了一定效果。但在振動較強(qiáng)烈的場所，渦街流量計應(yīng)用還有困難。相比之下，節(jié)流式差壓流量計卻要優(yōu)越得多。
4 節(jié)流式差壓流量計具有較好的適應(yīng)性
濕蒸汽從嚴(yán)格的意義上來說，是屬兩相流體，當(dāng)濕度較小時，例如干度在95％以上時，對渦街流量計和差壓式流量計影響均不大，即流量計能正常工作，只是測量誤差稍大，但濕度大到一定程度，對各種流量計均有較大影響，但影響的程度卻有顯著差異。
人們在用渦街流量計測量濕蒸汽流量時，會出現(xiàn)一種“漏脈沖”現(xiàn)象，即在濕度不大，可以將蒸汽近似看作干蒸汽時，渦街流量計的輸出脈沖，與流過發(fā)生體的流體體積（流速）成正比，而濕度大到一定程度，這種正比關(guān)系就不成立了，輸出脈沖數(shù)比應(yīng)有脈沖數(shù)明顯減少，如果濕度進(jìn)一步增大，甚至完全沒有脈沖輸出，這就是所謂的“漏脈沖”現(xiàn)象。
關(guān)于這種漏脈沖現(xiàn)象的機(jī)理，目前尚未見有資料作深入的分析，但這種現(xiàn)象是客觀存在的。
應(yīng)用節(jié)流式差壓流量計來測量飽和蒸汽流量，有時也會碰到蒸汽帶水的情況，當(dāng)流量計安裝在水平管道上時，管道底部會出現(xiàn)分層流動的水。儀表制造廠一般在孔板的下部開一個疏水孔，以防凝結(jié)水在節(jié)流件前面集聚，影響流通截面。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，還給出了這種疏水孔所引入的誤差計算和修正方法[3]。對于安裝在垂直管道上的節(jié)流式差壓流量計，則勿需開疏水孔，但由蒸汽帶水所引起的誤差是客觀存在的。因此，這里所說的“具有較好的適應(yīng)性”只是相對于渦街流量計而言。
5 輕微的流動脈動對差壓式流量計無明顯影響
流動脈動常見于工業(yè)管流，從現(xiàn)場儀表往往看不出流動脈動的存在，因而往往不被人們所注意。
流動脈動對大多數(shù)流量測量儀表都有影響，使之示值升高，但影響的程度有很大差別。
流動脈動作用在渦街流量計的傳感器探頭上，脈動的推力使之產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖輸出，因而使渦街流量計示值出現(xiàn)大幅度的升高，有時甚至是成數(shù)倍的升高[4]。
流動脈動影響渦街流量計的最常見的例子是安裝在減壓閥后面的渦街流量計，流量示值因脈動而大幅度升高。
一個熱力公司要向為數(shù)眾多的熱用戶供汽，其供汽的最高壓力和最高溫度主要受鍋爐規(guī)格制約，而最低壓力，卻要受到用戶的制約。即供汽壓力值要求最高的用戶決定了管網(wǎng)的最低壓力。而對于另外一些用戶，這一供汽壓力又嫌太高，于是在蒸汽總管進(jìn)入用戶界區(qū)之后，增設(shè)一個減壓站。
蒸汽減壓站的減壓（穩(wěn)壓）功能主要由一個蒸汽直接作用壓力調(diào)節(jié)閥承擔(dān)。這個調(diào)節(jié)閥兩端壓差大小不一，調(diào)節(jié)閥閥芯閥座的結(jié)構(gòu)形式也有很大差異，在調(diào)節(jié)閥兩端壓差較大，而相對流量較小時，閥門開度很小，這時閥芯和閥座間的流體流速很高，于是在閥門出口處很容易產(chǎn)生旋渦。當(dāng)閥門開度小于一定值（例如5％）時，甚至出現(xiàn)閥芯不停地抖動，引起流動脈動。
流動脈動對差壓式流量計的影響是通過三個途徑，即①平方根誤差；②慣性影響；③對流出系數(shù)的影響，三個因素共同作用，使節(jié)流式差壓流量計的示值升高，其脈動附加不確定度的估算可查閱有關(guān)文獻(xiàn)[3]。但其影響程度要比渦街流量計輕得多。
6 在低雷諾數(shù)測量條件下，差壓流量計有較好的適應(yīng)性
在被測流體粘度較高，例如比水大數(shù)倍的使用條件下，渦街流量計要慎用，因為渦街流量計保證測量精確度的最小雷諾數(shù)為20 000，而雷諾數(shù)低于5 000 時，就可能沒有穩(wěn)定的旋渦產(chǎn)生。
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的最新國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167:2003(E)，所提供的計算公式，在雷諾數(shù)大于等于4 000 后就能保證測量精確度[5]，雷諾數(shù)小于4 000 后，測量精確度降低，但不會像流體振蕩式流量計那樣，因停止振蕩而輸出全無。
7 節(jié)流式差壓流量計檢定方便
用于貿(mào)易結(jié)算等用途的流量計，國家規(guī)定執(zhí)行強(qiáng)制檢定。對于業(yè)主單位來說，完成流量計的周期檢定是一項重要的法定任務(wù)。于是，檢定是否方便也成了儀表選型時要考慮的重要方面。
渦街流量計的檢定，要放在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行，不僅拆裝、搬運、送檢麻煩，而且為了檢定要停用較長的時間。而節(jié)流式差壓流量計由于規(guī)程規(guī)定可以用幾何檢定法進(jìn)行檢定，因此，可在現(xiàn)場找到合適的場所進(jìn)行檢定，既省時間又省檢定成本。
8 流量計口徑較大時，差壓式流量計較便宜節(jié)流式差壓流量計的成本由節(jié)流裝置、差壓變送器及附屬裝置組成，當(dāng)儀表口徑增大時，只需節(jié)流裝置放大，因此，成本上升不明顯，由于此原因，在儀表口徑較大時，尤其是在流體溫度較高（t >300℃）時，節(jié)流式差壓流量計的價格優(yōu)勢尤為明顯。
9 節(jié)流式差壓流量計變更測量范圍較方便
流量計在安裝完畢投入使用時，總會發(fā)現(xiàn)一定比例的儀表流量測量范圍選得不合適，不是太小就是太大。尤其是在從未安裝過流量計的管道上，提條件的人員生怕提得太小不夠用，層層加碼，往往將流量上限取得太高。儀表投入運行時才發(fā)現(xiàn)，實際流量比原來估計的流量小得多，對于選用渦街流量計的測量系統(tǒng)，甚至?xí)l(fā)現(xiàn)流量傳感器無脈沖輸出。對于選用節(jié)流式差壓流量計的設(shè)計中，流量示值有時只有滿度值的20%～30％。作為預(yù)防措施，有經(jīng)驗的設(shè)計人員，往往將差壓上限選在適中的數(shù)值，例如低壓蒸汽，選差壓上限為40～60 kPa，這樣，當(dāng)開表后如果發(fā)現(xiàn)實際流量略微超過滿量程或相對示值偏低，就可對差壓上限進(jìn)行重新計算，然后用手持終端重新設(shè)置差壓變送器的測量上限。而對于旋渦流量計，一旦發(fā)現(xiàn)口徑選的不合適，只能用更換一次表的方法去解決。
要換一臺口徑與原設(shè)計不同的渦街流量計，對于一個使用大量儀表的老企業(yè)來說，或許不是一件困難的事，因為總有一些備表，而對于一個新企業(yè)、小企業(yè)或工程公司來說，就是一件困難的事。
10 結(jié)束語
節(jié)流式差壓流量計的主要不足是范圍度不夠大，較長的引壓管線導(dǎo)致安裝麻煩，而且易漏、易堵、易凍結(jié)，易引起差壓信號的傳遞失真。近些年的改進(jìn)主要有：
① 差壓變送器的精度等級得到大幅度提高，從早先的1.5 級提高到后來的0.5 級，再到現(xiàn)在的0.1 級甚至0.75 級。在相對流量低于30％時，節(jié)流裝置送出的差壓信號也能到精確測量，從而有利于流量測量范圍度的擴(kuò)大;
② 流量顯示儀表的改進(jìn)，不僅使顯示儀表精確度得以提高，更重要的是：制約節(jié)流式差壓流量計范圍度擴(kuò)大的流出系數(shù)非線性和可膨脹性系數(shù)影響得到補(bǔ)償，從而使節(jié)流式差壓流量計的系統(tǒng)精確度大大提高，范圍度可擴(kuò)大到10:1[6];
③ 對引壓管線的改進(jìn)體現(xiàn)在一體化節(jié)流式流量計上。在一體化節(jié)流式差壓計中，引壓管縮得很短，所以，改進(jìn)前存在的易漏、易堵、易凍結(jié)，差壓信號傳遞失真問題，安裝工程量大等問題均得到解決;
④ 新的計算公式，使一次元件測量不確定度進(jìn)一步減小。這主要體現(xiàn)在新的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167:2003(E)上。
參考文獻(xiàn)
1 姜仲霞, 姜川濤, 劉桂芳.渦街流量計[M]. 北京：中國石化出版社, 2006.
2 蔡武昌, 孫淮清, 紀(jì)綱.流量測量方法和儀表的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.
3 GB/T2624-1993 流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴、文丘里管測量充滿圓管的流體流量.
4 紀(jì)綱. 流量測量儀表應(yīng)用技巧[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.
5 ISO5167: 2003(E). Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full.
6 王建忠, 紀(jì)綱.差壓式流量計范圍度問題研究[J]. 自動化儀表, 2005, (8).(end)
差壓式流量計相關(guān)文章:差壓式流量計原理
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