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插入式渦街流量計(jì)

摘要  簡(jiǎn)單介紹了插入式渦街流量計(jì)的構(gòu)成及點(diǎn)流速計(jì)型的插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定方法。簡(jiǎn)單分析了用水泵流量比對(duì)，便攜式超流量計(jì)比對(duì)方法的缺點(diǎn)，提出了插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)的快速查表法，實(shí)例證明該方法是有效可行的。

關(guān)鍵詞   插入式渦街流量計(jì)   比對(duì)   標(biāo)定修正比對(duì)法

0  引言

   插入式渦街流量計(jì)因其價(jià)格低、重量輕、壓損小、易于安裝與維修等特點(diǎn)，在大口徑流量的測(cè)量中具有突出的優(yōu)勢(shì)，目前我公司的大口徑水流量的測(cè)量上普遍采用插入式渦街流量計(jì)。隨著近年來(lái)公司各項(xiàng)節(jié)能降耗措施的實(shí)行，各使用單位對(duì)水量計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求也越來(lái)越高，公司內(nèi)部關(guān)于大流量水量計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性一直存在較大爭(zhēng)議，因此必須盡快找到一種簡(jiǎn)單有效的方法對(duì)插入式渦街流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)予以比對(duì)，以正確評(píng)估儀表計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1  插入式渦街流量計(jì)簡(jiǎn)介

   插入式渦街流量計(jì)屬于點(diǎn)流速計(jì)型插入式流量計(jì)，它由測(cè)量頭、插入桿、插入結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器和儀表殼體（測(cè)量管道）組成。

當(dāng)測(cè)量頭插于管道中某一特定位置（一般為管道軸線上或管道平均流速處），測(cè)量出介質(zhì)在該處局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)流速分布及儀表與管道的幾何參數(shù)等推算出管道內(nèi)的流量值。

插入式渦街流量計(jì)的測(cè)量頭為脈沖一頻率型。其流量計(jì)算公式為：

                                    （1）

式中：q_v為體積流量，m³/s；f為流量計(jì)的頻率，Hz；K為流量計(jì)的儀表系數(shù)，1/m³。

2 插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定

   點(diǎn)流速計(jì)型插入式流量計(jì)的標(biāo)定方法有兩種：流量計(jì)法和流速計(jì)法。

   流量計(jì)法是對(duì)整臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，其標(biāo)定設(shè)備和方法與滿管式流量計(jì)相同，但由于點(diǎn)流速計(jì)型插入式流量計(jì)常用于大口徑流量的測(cè)量，因此其相應(yīng)的標(biāo)定設(shè)備和標(biāo)定費(fèi)用昂貴，無(wú)法被普遍采用，只有在某些特定場(chǎng)合（如技術(shù)監(jiān)督部門對(duì)流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的仲裁、流量計(jì)的定型試驗(yàn)等）使用。

流速計(jì)法是把流量計(jì)的測(cè)量頭當(dāng)作是一臺(tái)流量計(jì)來(lái)標(biāo)定。首先測(cè)得測(cè)量頭的儀表系數(shù)K₀，然后根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的流體及管道條件確定修正系數(shù)，再根據(jù)管道橫截面面積推算出整臺(tái)流量計(jì)的儀表系數(shù)K。對(duì)于流速計(jì)法所用的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定裝置，介質(zhì)為液體則采用直線明槽，氣體采用低速風(fēng)洞。

一般流量計(jì)生產(chǎn)廠家并不具備上述兩種標(biāo)準(zhǔn)裝置，實(shí)際較多采用變通方法即用圓管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行標(biāo)定以確定測(cè)量頭的儀表系數(shù)K0，但必須同時(shí)確定該裝置試驗(yàn)階段的某些修正系數(shù)。

點(diǎn)流速計(jì)型插入式流量計(jì)的儀表系數(shù)K通常是由標(biāo)定出的測(cè)量頭的儀表系數(shù)K₀經(jīng)修正計(jì)算得到。儀表系數(shù)K的計(jì)算修正公式為：

                                        （2）

式中：K₀為測(cè)量頭的儀表系數(shù)，1/m³； 為速度分布系數(shù)； 為阻塞系數(shù)；A為測(cè)量管道的橫截面面積，m²。

3 插入式渦街流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)的比對(duì)方法

  長(zhǎng)期以來(lái)，我公司使用的插入式渦街流量計(jì)自投用之時(shí)起，就一直使用儀表的出廠數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)儀表的幾個(gè)使用周期，由于工藝與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的變化、介質(zhì)對(duì)測(cè)量頭的腐蝕與磨損、儀表電子轉(zhuǎn)換器性能劣化等原因都有可能影響儀表的測(cè)量精度。由于公司不具備檢定插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置，在儀表測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較大時(shí)，常使用如下一些方法對(duì)測(cè)量進(jìn)行簡(jiǎn)單的比對(duì)。

3.1  用水泵流量比對(duì)

以前，當(dāng)使用單位的操作人員對(duì)插入式渦街流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生懷疑時(shí)，往往以水泵銘牌上“規(guī)定性能點(diǎn)”的額定流量或以泵典型壓力－流量特性曲線對(duì)應(yīng)的流量讀數(shù)來(lái)進(jìn)行比對(duì)，如果兩項(xiàng)流量值不一致則認(rèn)為儀表不準(zhǔn)確，立即通知儀表維護(hù)人員進(jìn)行檢查，可是經(jīng)儀表維護(hù)人員檢查后又未發(fā)現(xiàn)儀表出現(xiàn)異常，因此雙方各持己見(jiàn)并產(chǎn)生爭(zhēng)議。

其實(shí)以水泵流量比對(duì)儀表流量值常會(huì)造成誤解，因?yàn)楸玫妮斔土髁渴怯杀玫奶匦郧€和管系負(fù)載特性曲線交匯點(diǎn)所確定的，它隨著運(yùn)行負(fù)載特性而變化，水泵銘牌上標(biāo)明的額定流量是指在某一規(guī)定條件下的流量，而大部分情況下實(shí)際流量與額定流量，而大部分情況下實(shí)際流量與額定流量是不會(huì)一致的。此外，水泵的額定流量也規(guī)定允許有4％~8％的容差，同一規(guī)格的各臺(tái)水泵的壓頭－流量特性曲線與典型曲線也會(huì)有相應(yīng)的差異，輸送流量也不盡相同，即使是水泵的實(shí)測(cè)壓頭－流量特性，流量值與真實(shí)值之間也可能有2％～3.5％的誤差，所以不能用水泵的流量值作為判別流量?jī)x表準(zhǔn)確是否的依據(jù)。但是日常運(yùn)行時(shí)可以進(jìn)行互相參照，若出現(xiàn)差值有異常變化時(shí)，可作為故障現(xiàn)象，以便進(jìn)一步檢查水泵、儀表與管系，確定故障原因。

3.2 用便攜式超聲流量計(jì)比對(duì)

我公司近幾年來(lái)先后引進(jìn)了美國(guó)保麗聲POLYSONICS  DCT7088型、日本富士FUJI FLD/C型便攜式超聲流量計(jì)，用于評(píng)估管網(wǎng)的流動(dòng)狀況和能量/物料平衡，或用作核查管道上已安裝的其他流量?jī)x表的運(yùn)行狀況。為了解決公司內(nèi)部大流量水量計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的爭(zhēng)議，我們?cè)鴩L試用便攜式超聲流量計(jì)對(duì)水量核算，并進(jìn)一步用它來(lái)與插入式渦街流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。然而用傳播時(shí)間法進(jìn)行測(cè)量的便攜式超聲計(jì)，要通過(guò)定標(biāo)計(jì)算介入現(xiàn)場(chǎng)管道流通面積和傳播距離，其測(cè)量誤差不僅與夾裝位置、管道的特性如管壁材料和厚度，銹蝕狀況、襯里材料和厚度以及聲耦合變化等因素有關(guān)，還與安裝調(diào)試人員的技術(shù)水平有關(guān)，且使用較為復(fù)雜，一般人員不易掌握，在實(shí)際使用時(shí)，儀表測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定，測(cè)量精度無(wú)法保證，很難提供有效的數(shù)據(jù)結(jié)果。因此目前用便攜式超聲流量計(jì)與插入式渦街流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)的條件暫不成熟，還需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的探索，以便積累經(jīng)驗(yàn)。

3.3 插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)法

雖然通過(guò)相應(yīng)的理論分析和檢修、調(diào)試等措施能夠改善插入式渦街流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)使用情況，可是Z終要解決對(duì)流量?jī)x表計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的爭(zhēng)議，Z有說(shuō)服力的還是有效數(shù)據(jù)。

我公司目前擁有一套靜態(tài)容積法水流量標(biāo)定裝置，其Z大工作口徑為300mm。我們嘗試把現(xiàn)場(chǎng)存在爭(zhēng)議較大的插入式渦街流量計(jì)拆下，安裝在標(biāo)定裝置300mm口徑的管線上，用流量計(jì)法對(duì)整臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)實(shí)流標(biāo)定得出數(shù)據(jù)，并全面分析該儀表在這一口徑條件下的線性、重復(fù)性與精度，分析儀表的使用性能是否合格，并進(jìn)一步作有關(guān)調(diào)試，使儀表達(dá)到Z佳使用狀態(tài)。

現(xiàn)在的問(wèn)題是，在現(xiàn)場(chǎng)安裝管道的幾何參數(shù)與實(shí)驗(yàn)條件不同的情況下，如何確定儀表在現(xiàn)場(chǎng)的使用數(shù)據(jù)？由儀表系數(shù)K的計(jì)算修正公式（公式2）可知：對(duì)于同一臺(tái)插入式渦街流量計(jì)，其K₀值在相同時(shí)刻是*確定的，經(jīng)過(guò)在流量標(biāo)定裝置（300mm口徑管線）標(biāo)定并調(diào)試合格的儀表本身是沒(méi)有問(wèn)題的，因安裝現(xiàn)場(chǎng)的管徑等條件不同而使儀表的實(shí)際使用系數(shù)為K′,K′僅與 參數(shù)有關(guān)，因而我們可以通過(guò)計(jì)算確定 ，從而完成比對(duì)。

3.4  插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)法速查法

因?yàn)橥ㄟ^(guò)公式計(jì)算 相當(dāng)繁瑣，不易被大家掌握,作者結(jié)合自己長(zhǎng)期積累的一些經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，編制了速查比對(duì)表（注：本表編制以D=300mm的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)求比值，以便快速換算），如表1、表2所列。

表1  不同口徑A、 比速查表

表2  比速查表

采用流量計(jì)法把插入式渦街流量計(jì)在300mm管線標(biāo)定并調(diào)試合格，確定D＝300mm時(shí)儀表的標(biāo)定系數(shù)K，再通過(guò)查表1、表2，即可得出實(shí)際使用管徑條件下與在300mm管徑條件下的 的比值，從而換算出儀表在實(shí)際使用口徑條件下的儀表系數(shù)K′，進(jìn)而完成插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)。

3.5 插入式渦街流量計(jì)標(biāo)定修正比對(duì)法的應(yīng)用實(shí)例

我公司循環(huán)水廠中采用SX88－900L1B2型插入式渦街流量計(jì)（4～20mA模擬輸出型）進(jìn)行水量計(jì)量，長(zhǎng)期來(lái)循環(huán)水廠對(duì)該表的測(cè)量數(shù)據(jù)有很大的爭(zhēng)議，若用水泵的流量值作為基準(zhǔn)比對(duì)則儀表的測(cè)量誤差高達(dá)20％。雖然上文已說(shuō)明不能用水泵的流量值作為判別流量?jī)x表準(zhǔn)確與否的依據(jù)，但在日常運(yùn)行中又將它們相互參照使用。經(jīng)技術(shù)人員對(duì)水泵、儀表與關(guān)系的仔細(xì)檢查，確認(rèn)兩者明顯差值為是儀表系數(shù)造成的。

拆下插入式渦街流量計(jì)，并按標(biāo)定修正比對(duì)法進(jìn)行一系列操作，同時(shí)對(duì)放大器進(jìn)行相應(yīng)調(diào)試等，取得有效數(shù)據(jù)：儀表出廠時(shí)根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)工藝條件，廠房計(jì)算給出儀表Z大流量Q_max＝6000m³/h，滿度頻率fmax＝41.2Hz；安裝在300mm口徑的管線上用流量計(jì)法對(duì)整臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)實(shí)流標(biāo)定得出儀表系數(shù)K＝202.951，再通過(guò)查表1、表2，得出實(shí)際使用管徑900mm條件下與在300mm管徑條件下的 （比儀表常用流量計(jì)算）、 、A的比值分別為1.016，1.055，9.000，計(jì)算修正出儀表在900mm口徑條件下的儀表系數(shù)K′＝K/（1.016×1.055×9.000）＝21.038，再換算成滿度頻率f_max＝41.2Hz時(shí)的儀表實(shí)際Z大流量Q_max＝7050m³/h即完成插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步估算，修正結(jié)果與傳統(tǒng)理論計(jì)算誤差約為0.5％左右，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量需要。

另外，儀表安裝道現(xiàn)場(chǎng)后，可根據(jù)實(shí)際情況儀表放大器的增益與靈敏度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，使儀表達(dá)到Z佳運(yùn)行狀態(tài)，這一點(diǎn)也十分重要。

4 結(jié)束語(yǔ)

  經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試驗(yàn)，證明用標(biāo)定修正比對(duì)法獲取儀表實(shí)際使用數(shù)據(jù)是有效可行的。我們應(yīng)用該方法修正了一批測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大的插入式渦街流量計(jì)的儀表數(shù)據(jù)，并得到各方的認(rèn)可，確保了公司大流量水量計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。當(dāng)然，由于插入式渦街流量計(jì)的測(cè)量精度受現(xiàn)場(chǎng)管道、儀表的安裝等情況影響較大，修正系數(shù)本身的測(cè)算也存在一定的誤差，因此有許多問(wèn)題還有待進(jìn)一步探討。