?由于流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量,測(cè)量?jī)x表本身受到眾多因素,如:管道、口徑大小、形狀(圓形、矩形)、邊界條件、介質(zhì)的物性(溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等)、流體的流動(dòng)狀態(tài)(紊流狀態(tài)、速度分布等)以及安裝條件與水平的影響。面對(duì)國(guó)內(nèi)外十幾類、上百個(gè)品種的流量?jī)x表(先后發(fā)展起來(lái)的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計(jì)等類型),如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型,是應(yīng)用好流量?jī)x表的前提和基礎(chǔ)。
總的來(lái)說(shuō),選擇流量計(jì)的原則首先是要深刻地了解各種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理和流體特性等方面的知識(shí),同時(shí)還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況及考察周邊的環(huán)境條件進(jìn)行選擇。也要考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素。一般情況下,主要應(yīng)從下面四個(gè)方面進(jìn)行選擇:
性能要求
選擇儀表在性能要求上考慮的內(nèi)容有:瞬時(shí)流量還是總量(累計(jì)流量)、精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號(hào)特性和響應(yīng)時(shí)間等。不同測(cè)量對(duì)象有各自測(cè)量目的,在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn)。
測(cè)流量還是總量
使用對(duì)象測(cè)量的目的有兩類,即測(cè)量流量和計(jì)量總量。管道連續(xù)配比生產(chǎn)或過(guò)程控制使用場(chǎng)所主要測(cè)量瞬時(shí)流量;灌裝容器批量生產(chǎn)以及商貿(mào)核算、儲(chǔ)運(yùn)分配等使用場(chǎng)所大部分只要取得總量或輔以流量。兩種不同功能要求,再選擇測(cè)量方法上就有不同側(cè)重點(diǎn)。
有些儀表如容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等,測(cè)量原理上就以機(jī)械技術(shù)或脈沖頻率輸出,直接得到總量,因此具有較高精確度,適用于計(jì)量總量。電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)等儀表原理上是以測(cè)量流體流速推導(dǎo)出流量,響應(yīng)快,適用于過(guò)程控制,但裝有積算功能環(huán)節(jié)后也可獲得總量。渦街流量計(jì)具有上者優(yōu)點(diǎn),但其抗震、抗干擾性能差,不適用于過(guò)程控制而適用于計(jì)量總量。
精確度
整體的測(cè)量精確度要求多少?在某一特定流量下使用,還是在某一流量范圍內(nèi)使用?在什么測(cè)量范圍內(nèi)保持上述精確度?所選儀表的精確度能保持多久?是否易于重新校驗(yàn)?是否要(或能)現(xiàn)場(chǎng)在線核對(duì)儀表精確度?這些問(wèn)題必須細(xì)致地考慮。
如不是單純計(jì)量總量,而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中,則檢測(cè)儀表精確度的確定要在整個(gè)系統(tǒng)控制精確度要求下進(jìn)行,因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)不僅有流量檢測(cè)的誤差,還包含有信號(hào)傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素,如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)往往有2%左右的回差,對(duì)測(cè)量?jī)x表確定過(guò)高的精確度(比如說(shuō)0.5級(jí))是不合理和不經(jīng)濟(jì)的。就流量?jī)x表本身而言,檢測(cè)元件(或傳感器)和轉(zhuǎn)換/顯示儀表之間只精確度亦應(yīng)適當(dāng)確定,如未經(jīng)實(shí)流標(biāo)定均速管、楔形管、彎管等差壓裝置誤差在1%~5%之間,選用高精度差壓計(jì)與之相配也就沒有意義了。
重復(fù)性
重復(fù)性在過(guò)程控制應(yīng)用中是重要的指標(biāo),由儀器本身原理與制造質(zhì)量所決定,而精確度除取決于重復(fù)性外,尚與量值標(biāo)定系統(tǒng)有關(guān)。嚴(yán)格地說(shuō)重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下,對(duì)某一流量值段時(shí)間內(nèi)同方向進(jìn)行多次測(cè)量的一致性。然而實(shí)際應(yīng)用中,儀表優(yōu)良的重復(fù)性被許多因素包括流體粘度、密度等變化所干擾,然而這些變化因素還未到需要作專門檢測(cè)修正的地步,這些影響往往被誤認(rèn)為儀表重復(fù)性不好。例如浮子流量計(jì)受流體密度影響,小口徑儀表還受粘度影響;渦輪流量計(jì)用于高粘度范圍時(shí)的粘度影響;有些未作修正處理的超聲流量計(jì)流體溫度對(duì)聲速影響等。若儀表輸出特性是非線性的,則這種影響更為突出。
線性度
流量?jī)x表輸出主要有線性和平方根非線性兩種。大部分流量?jī)x表的非線性誤差不列出單獨(dú)指標(biāo),而包含在基本誤差內(nèi)。然而對(duì)于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表,線性度是一個(gè)重要指標(biāo),使有可能在流量范圍內(nèi)用同一個(gè)儀表常數(shù),線性度差就要降低儀表精確度。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展,采用信號(hào)適配技術(shù)修正儀表系統(tǒng)非線性,從而提高儀表精確度和擴(kuò)展流量范圍。
上限流量
上限流量也稱滿度流量。選擇流量?jī)x表的口徑應(yīng)按被測(cè)管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來(lái)選配,而不是簡(jiǎn)單地按管道通徑配用。雖然通常設(shè)計(jì)管道流體最大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來(lái)確定的。因?yàn)榱魉龠x擇過(guò)低,管徑粗投資大;過(guò)高則輸送功率大,增加運(yùn)行費(fèi)用。
然而同一口徑不同類型的儀表上限流量(也可以說(shuō)上限流速)受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束,差別很大。以液體為例,上限流量的流速以玻璃管浮子流量計(jì)最低,在0.5-1.5m/s之間,容積式流量計(jì)在1.5-2.5m/s之間,渦街流量計(jì)較高在5.5-7m/s之間,電磁流量計(jì)則在1-7m/s(甚至0.5-10m/s)之間。
范圍度
范圍度為流量計(jì)的上限流量和下限流量的比值,其值越大則流量范圍越寬。線性儀表有較寬的范圍度,一般為1:10。非線性流量計(jì)的范圍度較小僅為1:3。一般用于過(guò)程控制或貿(mào)易交接核算的流量計(jì),如果要求流量范圍比較寬就不要選擇范圍度小的流量計(jì)。
目前一些制造廠為宣傳其流量計(jì)的流量范圍寬,在使用說(shuō)明書中把上限流量的流速提得很高,比如液體提高到7~10m/s(一般為6m/s);氣體提高到50~75m/ s(一般為40~50)m/s);實(shí)際上如此高的流速是用不上的。其實(shí)范圍度寬的關(guān)鍵是有較低的下限流速,以適應(yīng)測(cè)量需要。所以下限流速低的寬范圍度的流量計(jì)才是比較實(shí)用的。
壓力損失
壓力損失一般是指流量傳感器由于在流通通道中設(shè)置的靜止或活動(dòng)檢測(cè)元件或改變流動(dòng)方向,從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失,其值有時(shí)可達(dá)數(shù)十千帕。因此,應(yīng)按管道系統(tǒng)泵送能力和流量計(jì)進(jìn)口壓力等確定最大流量的允許壓力損失來(lái)選定流量計(jì)。因選擇不當(dāng)會(huì)限制流體流動(dòng)產(chǎn)生過(guò)大壓力損失而影響流通效率。有些液體(高蒸汽壓碳?xì)湟海┻€應(yīng)注意過(guò)度的壓力降可能引發(fā)氣穴現(xiàn)象和液相汽化,降低測(cè)量準(zhǔn)確度甚至損壞流量計(jì)。比如管徑大于500mm的輸水用的流量計(jì),應(yīng)考慮壓損所造成的能量損耗過(guò)大而增加的泵送費(fèi)用。據(jù)有關(guān)報(bào)道,壓力損失較大的流量計(jì)幾年來(lái)為測(cè)量付出的泵送費(fèi)用往往超過(guò)低壓損、價(jià)格較貴的流量計(jì)的購(gòu)置費(fèi)用。
輸出信號(hào)特性
流量計(jì)的輸出和顯示量可以分為:① 流量(體積流量或質(zhì)量流量);② 總量;③ 平均流速;④ 點(diǎn)流速。有些流量計(jì)輸出為模擬量(電流或電壓),另一些輸出脈沖量。?模擬量輸出一般認(rèn)為適合于過(guò)程控制,比較適合于與調(diào)節(jié)閥等控制回路單元接配;脈沖量輸出比較適合于總量和高準(zhǔn)確度的流量測(cè)量。長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸脈沖量輸出則比模擬量輸出有較高的傳送準(zhǔn)確度。輸出信號(hào)的方式和幅值還應(yīng)有與其他設(shè)備相適應(yīng)的能力,比如控制接口、數(shù)據(jù)處理器、報(bào)警裝置、斷路保護(hù)回路和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。
響應(yīng)時(shí)間
應(yīng)用于脈動(dòng)流動(dòng)場(chǎng)所應(yīng)注意儀表對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場(chǎng)所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化,而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)常以時(shí)間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示,其值前者從幾毫秒到幾秒,后者在數(shù)百赫茲以下,配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。儀表的流量上升和下降動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱會(huì)急劇增加測(cè)量誤差。
可維護(hù)性
當(dāng)實(shí)際工況與設(shè)計(jì)選型差距巨大或儀表發(fā)生故障時(shí),有沒有手段就地維修和修正應(yīng)該得到重視,因?yàn)榱髁績(jī)x表一旦安裝再拆下維護(hù)會(huì)很麻煩而且需要時(shí)間。在這方面表現(xiàn)最好的是差壓式測(cè)量方法,因?yàn)槠渑c流體接觸元件為免維護(hù)不動(dòng)件,測(cè)量用電氣元件為可拆可調(diào)的通用差壓變送器。所以差壓式測(cè)量方式的正常運(yùn)轉(zhuǎn)率最高,據(jù)統(tǒng)計(jì)在全球差壓節(jié)流式測(cè)量方式占所有測(cè)量方式的45%以上。