儀表自動化中的流量測量

高彥軍

開封空分集團設計研究院，河南開封 475000

1 流量測量儀表的類型和特點

流量測量儀表是用來測量管道或者明溝內部液體、氣體、蒸汽等流體流量的工業化自動儀表，又稱之為流量計。流量測量是一項極其復雜的工作，在進行流體流量測量的時候，我們通常需要考慮流體的溫度范圍、流體的壓力范圍、流體范圍、粘度范圍和流態范圍流量測量的方法根據具體情況可以分為三種：速度式流量測量方法、容積式流量測量方法和直接或間接測量的方法。速度式流量測量方法能夠直接測出管道內流體的流速，以此作為流量測量的依據；容積式流量測量方法通過測量單位時間內經過流量儀表排出的流體的固定容積的數目來實現；直接或間接的方法通過測量單位時間內流過管道截面的流體質量數來測量流量。工業上常用的流量計，按其測量原理分為以下四類：

1）差壓式流量計：主要利用管內流體通過節流裝置時，其流量與節流裝置前后的壓差有一定的關系。屬于這類流量計的有標準節流裝置、巴式流量計、平衡流量計等；

2）速度式流量計：主要利用管內流體的速度來推動葉輪旋轉，葉輪的轉速和流體的流速成正比。屬于這類流量計的有葉輪式水表和渦輪式流量計等；

3）容積式流量計：主要利用流體連續通過一定容積之后進行流量累積的原理。屬于這類流量計的有橢圓齒輪流量計和腰輪流量計；4）其它類型流量計：如基于電磁感應原理的電磁流量計、渦街流量計等。

2 流量測量儀表檢定方式的比較

流量測量儀表的檢定方式，根據具體的條件可以分為實流檢定和干式檢定兩種方式。一般來說，對于用來計量液體流量的儀表大都采用實流檢定的方式，，例如，測量水和原油流量的儀表；而對于用來計量氣體流量的儀表大都采用的是干式檢定的方式，例如，測量天然氣流量的差壓式流量儀表，還有極少數的流量測量儀表采用的是在線實流檢定或者離線檢定。幾種檢定方式之間是存在差異的，首先，在檢定的結論上存在不同，實流檢定一般情況下是最符合準確性、溯源性、實驗性和一致性的，還能夠對流量測量儀表進行真正意義上的校準和復制，確保了量值傳遞或者溯源性的連續和封閉。而采用組合測量方法對流量儀表進行干式檢定，往往會存在一些不確定性，這與其有關參數的測量結果的確定性是有關的，而且這些流量測量計不能夠給出具體的誤差值，只能夠通過做多次試驗的經驗和標準化的技術要求來保證流量計量的一致性和試驗性。流量儀表的離線檢定更是需要根據具體的檢定環境來決定其流量檢定的結果，同樣存在許多的不確定性，采用這種方式檢定流量儀表的時候，檢定人員本身對于測量結果的準確性要求就不是很高，允許一些小誤差的存在。所以，在檢定的結論上，各種檢定方式之間存在差異。其次，幾種檢定方式對物性參數影響的修正程度也不盡相同。我們知道，幾乎所有通過流量儀表得到的測量結果都會受到被測介質有關物性參數的影響，只是影響的程度不一樣而已。對于大多數的流量測量儀表來說，物性參數對其計量性能的影響是很難用數學公式準確表達出來的，所以這就對如何消除物性參數影響造成了一定的困難。還有一點就是，幾種流量檢定方式對操作條件影響的修正程度也存在區別，流量儀表的操作環境會直接影響其計量性能，因為操作環境的變化會使流量儀表的計量腔體發生變化，同時，操作環境還會影響被測介質的黏度和密度等物理性質，降低了測量時候的準確性。計量腔體的變化，對于容積式流量計來說，會使其測量的基準容積發生改變，產生誤差，影響測量的結果；對于速度式流量計來說，會使其流通面積發生變化，影響測量的結果。

3 流量儀表選型的基本原則

流量儀表根據其自身的特性和相關作用，在測量流量的時候，每種流量儀表之間都存在適應性，目前還沒有研發出能夠適應各種環境的萬能流量計。所以，在選擇流量儀表的時候，一定要搞清楚被測介質的具體性質，測量時候的環境等因素，不能盲目的去選擇流量儀表，這樣的話，非但不能得到準確的測量結果，可能還會造成流量儀表的損壞。首先，要熟悉被測介質和測量環境，例如，了解被測介質的物理性質以及相關特性，明白測量時候的溫度、壓力、流體的流態、黏度等因素；其次，要合理的選用流量儀表，這個時候就要求技術人員對各種流量儀表的工作原理、性能、結構有充分地了解，還要判斷其在安裝的時候是否需要特殊的安裝環境。這樣的話，才能夠確保流量計能夠正常的工作，發揮其作用，滿足工藝生產的需要。在選擇流量測量儀表的時候，既要考慮流量測量儀表的適用性，還要根據對測量結果的要求程度考慮流量測量儀表的準確度，流量儀表的誤差應該控制在一定的范圍之內，超出了這個范圍就要重新選擇了，流量儀表測量的準確度越高，測量的結果就越可靠，測得的數據才會對技術人員做出正確判斷有幫助，提高整體的工作效益和經濟效益。

4 自動化流量測量的發展趨勢

自動化流量測量儀表的發展趨勢，大致可以歸納為以下幾點：

1）逐漸提高流量測量的可靠性和準確性。這需要研發人員在進行流量儀表設計的時候，在參照以往經驗的同時，能夠大膽創新，按照可靠性原理，使用高可靠性的傳感器和電子元器件，盡量減少或者運動部件；

2）要大幅提高流量測量儀表對被測介質和所測環境的適應性；

3）運用國內外一些先進的技術，例如，新的信號處理技術（DSP）、新的信號傳輸技術（HART、FIELD BUS），這樣就能使得流量測量儀表更加的先進；

4）流量儀表已經慢慢趨向智能化的方向，操作更加簡單，性能更加強大。

5 結論

本文對流量測量儀表的類型和特點進行了分析，比較了幾種流量儀表檢定方式，論述了流量儀表選型的基本原則，并就自動化流量儀表的發展趨勢進行了描述。總之，雖然流量測量技術發展到今天已經趨于成熟，市面上也有各種各樣的流量計，流量計的功能和適用范圍也在大幅的提高，但是，對于一些高腐蝕性、高粘性、多相流體等流體的流量測量，還是存在一定的缺陷的，技術和測量工具都有待提高。

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