0601_流量计量现状与发展.doc

流量计量现状与发展摘要：本文分析了各主要流量仪表的优缺点，使用中应注意的事项和近期发展状况。作者认为：流量计种类繁多是因为测量需求各不相同，因此各种流量计都有其最适用的场合，不可能由一种流量计所替代；正确的标定和使用流量计是流量计量重要的组成部分。流量计量是科学计量的一个重要组成部分，它在各个领域中得到了广泛的应用，并推动和支持了国民经济的发展，在贸易结算、能源计量、过程控制、环境保护等方面起到重要的作用。特别是近年来随着能源和水资源的全球性匮乏，随着西气东输、南水北调等国家重点工程的启动，全社会对流量计量的要求越来越高。因此，研究和探索满足各种使用条件的流量计并提高测量准确度就成为流量计量工作者不懈的追求。因为流量计量应用在各种不同场合，不同条件。如流体介质有液、气之分，流体的粘度、密度、清洁程度、压力、温度等有较大差异。也因为流量计量的动态特性，因为流体介质的复杂性，对流量计在工艺上、结构上、电信号处理上都提出了很高的要求，给流量测量仪表留下了无数个技术难题需要不断研究、探索。虽然近年来流量测量技术有了突飞猛进的发展，但离社会的需要还有很大的距离。而我们所选用的流量计除要适应所使用的条件之外，还要考虑很多其它因素，如价格、准确度等级、流量范围、抗干扰性、压力损失、耐腐蚀、防爆等级等等。因此为了适应不同的介质条件、不同的环境条件，不同的使用要求，各种流量计量的仪表应运而生。据不完全统计，流量计的种类达几十种之多。可以说只要有一个新的技术发展起来，就会有人尝试着将它应用到流量计量当中去，比如电磁、超声、激光技术等等。应该说每一种在市场经济浪潮中显示出顽强生命力的流量计，都有其最适用的场所。但由于这些流量计在性能上的差别细微或需要认真地分析其特点，实际上在很多情况下都没有将流量计使用到它们最适合的场所，导致计量不准确、容易损坏等等。因此，客观公正地描述各种流量计的特点，引导用户正确地选用流量计是我们流量计量工作者的责任。在各种流量计中，差压流量计以其结构简单、价格低廉在大、中流体流量计量中得到广泛的应用。近年来以弯管、内锥为代表的差压流量计克服了差压流量计压力损失大的缺点，解决了传统孔板需直管段长度过长的问题。其中内锥式流量计采用了新结构，使其压力损失系数明显下降，且具有较好的自整流能力；而弯管流量计则无附加误差，对直管段长度要求低，特别是以计算流体力学为基础进行了深入的模拟计算，以理论指导实践；正是这些发展使差压流量计的计量准确度达到0.5%的水平，使这一古老的流量计重现活力。但是必须指出的是由于差压流量计依赖差压传感器进行测量，且流量与差压值的平方根成正比。而一般差压传感器的准确度是用引用误差来表示的，也就是说，如果所使用的差压传感器的准确度为0.05%FS，当流量计的量程比为1：3时，所使用的差压计的量程比就需要达到1：9，所以在其下限的相对误差可能达到0.45%！现在也有使用多传感器自动切换的智能型差压传感器实现差压测量的节流装置，但差压测量的量程比也只能达到1：100的水平，其流量量程比将是1：10，远远低于其它种类流量计的量程比。这正是限制差压流量计的量程比和准确度水平提高的主要原因。此外，小流量下由于系统压力波动导致压差测量相对误差增加也是限制量程比的原因。使用差压流量计时，还应特别注意温度和压力的测量。特别是在测量蒸汽等温度可能变化的介质流量时，为确定其密度需对温度、压力进行测量，应严格按计算的数学模型确定压力和温度的测量位置，为了得到正确的密度值温度的测量应与压力在同一位置。如果上游测压下游测温，可能会使测量的密度值偏大，产生测量误差。涡轮流量计、音速喷嘴、容积式流量计等，他们共同的优点是准确度高，稳定性好，因此可作为标准流量计向工作用流量计传递量值之用。当涡轮流量计和容积式流量计用于清洁流体而无需加装过滤器时，其压力损失是很小的；且分辨率高，重复性好。随着贸易结算准确度的提高，对流量量值一致要求的呼声越来越高，装置比对就成为保证量值统一的有效手段，上述仪表较多用于装置比对用传递标准器，为保证流量量值的准确一致发挥了作用。但是，涡轮流量计的仪表系数受密度、黏度等参数影响，在低压力下标定后在高压力下使用，在低黏度下标定后在高黏度下使用，其仪表系数都有改变的可能，因此需研究在线检定技术。大口径容积式流量计会有体积过于庞大，对介质清洁程度又要求高等缺点。在低压力小流量时有可能表现出压力波动，影响短时间的重复性，因此适用于累积流量的测量。音速喷嘴是一种非常好的气体流量标准流量计，特别在小流量下，有着其它流量计无法比拟的测量重复性。但是值得注意的是，加工符合国际标准ISO 9300精加工的要求的喷嘴很少，尤其是当喉径减小到几毫米后工艺上就更无法保证，其临界压力比会下降，有可能下降到0.25（参考文献）。而目前国内规程中对喷嘴的形状和工艺没有提出明确的检测要求，特别是国内负压装置的使用非常普遍，使压力比不可能太高，因此实际使用时是否达到了临界压力比就成为值得商榷的问题。事实上，国内加工的直径在1mm以下的喷嘴，有很大一部分是没有达到国际标准要求的。中国计量院做了一些初步的研究，对表面粗糙度、扩散角度等影响得到了一些定量结论，证明对临界压力比确实有不可忽略的影响。因此我们建议在装置验收实验时能测一下各喷嘴的临界压力比，认为这一方法也应写入规程中。随着大管道流量计量的发展，超声流量计、电磁流量计以其无可动部件、无压损的特点得到越来越多的应用。特别是当超声波流量计从单声路发展到多声路，直至16声路的研制成功，使对流量计上游直管段长度的要求大大降低。而现场安装的超声流量计能够针对超大管径进行测量，测量上限可达10m直径，使超声流量计具有了更为广阔的应用前景。同时，流量计自诊断和报警技术的成熟，使得流量计的使用具有更好的可靠性。由于超声流量计具有优异的测量重复性，也常作为核查标准使用。电磁流量计在电路方面更为成熟，比如对导电率要求降低，高低频率的交替使用提高了零点稳定性和大流量时的灵敏度，开发了能方便清洗探头的外插式探头，在现场核查方面也有所发展等等。用于气体测量的大口径超声流量计，在大部分情况下需要安装流量调整器，不但会产生一定的压力损失，而且还可能引入噪声而干扰流量计信号。作者认为超声波现场安装的方式能够使得大口径流量测量的准确度达到1%的水平，但达到这一水平需要有严格的要求，比如前直管段长度、超声探头数量、安装要求等，以及准确的位置、角度、时间等参数的测量。我们倾向于涡街流量计更适合用于饱和蒸汽流量的计量。因为当蒸汽处于饱和状态时，由于增加了含水量使得蒸汽密度加大，这时如采用差压式流量计将导致流量计显示流量值偏大的趋向，而涡街流量计能更正确地计量流过的蒸汽真实体积。安装对涡街流量计至关重要，管道对中如产生1%的偏差，可能会导致2%的流量计测量误差。此外，避免管道振动也是必须的，在有振动的地方使用涡街流量计，可能会造成较大的测量误差。质量流量计是一种非常出色的流量计，在过程控制等方面得到了很好的应用，在做标准流量计和比对表方面也在应用，但这种流量计的缺点是压力损失过大、对振动敏感和部分产品存在零点漂移，在使用中需要注意。由于流量计量多用于贸易结算，目前有二十余个规程支撑着流量计的检定。但是，以我个人的观点，法规中的检定周