浅述流量测量

浅述流量测量摘要：介绍流量测量中必须重视的问题：如流量仪表的质量指标（准确度、重复性及稳定性等），流量仪表的选择和使用，流量特性等。流量仪表的发展趋势：带补偿的智能流量计简述。关键词：流量仪表，质量指标，流量特性，选择，使用引言：流量测量，不管是以计量为目的，如日常生活中的天然气、煤气计量表和自来水表，还是用来做过程控制使用，几乎涉及到所有领域：如日常生活中的天然气、煤气计量表和自来水表；工业方面：石油石化、化工、钢铁、水泥、玻璃等的热工控制或流程控制。流量，因其是物质的量，关系到产品的成本和生产部门的经济核算。用于控制目的的流量测量虽然重视瞬时流量，但也要对累积流量进行考核，以便生产成本的核算。所以，流量的准确与否关系到控制品质的好坏，而控制品质的优劣又关系到产品的安全及环境污染等。流量测量是比较突出的，带有普遍性。本文将就带有共性的问题进行简单地论述，以供各位同仁参阅。流量仪表的质量指标：准确度、重复性及稳定性流量仪表的质量指标有许多，对用户来说，最主要的指标是准确度、重复性及稳定性。这些质量指标是流量仪表生产厂家给出的，且标注在产品的铭牌上或产品说明书中。如何去理解这些指标的可信度如何与测量结果的可靠性密切相关。显而易见，一个准确度低，重复性不好及不稳定的流量仪表是得不到满意的测量结果的。上述三项指标中，稳定性最重要也比较容易理解，也就是仪表的零点漂移问题。稳定性又分时间稳定性及温度稳定性。前者指在环境温度不变的情况下，零点随时间变化的情况。比如8h、24h漂移了多少等；后者是指仪表的零点随温度变化而变化的情况。仪表的零点不稳，必然产生测量误差。但这种误差属系统误差。系统误差是有规律可循的。只要将零点漂移引起的误差减小到最低，不致影响测量的准确度，这就要求进行温度补偿，如将微机用于流量仪表以后，零点校正是容易实现的；以及带温度补偿的智能化的流量仪表的产生，有效地解决了这个问题。流量仪表的重复性表示流量仪表测量结果的精密性。希望流量仪表的工作特性曲线越稳定越好，这样才能在测量中获得较高的准确度。然而，仪表的重复性在国际上尚无一致公认的定义。国际流量测量界的权威人士指出，目前可以列举8种之多被人采用的关于重复性的验不严格，自然会造成测量同一变量而获得不同的测量结果，彼此差异较大，导致测量结果的准确度不高。因此，在使用某一流量计之前了解其重复性定义及是如何实验获得重复性对正确测量是有意义的。流量仪表的准确度可以说是衡量流量仪表质量的最重要的指标。然而，与重复性一样准确度也是定义不统一，易于混淆的指标。在弄清某一流量仪表准确度的含义时要弄清以下几个问题。首先要弄清制造厂家给出的准确度的是指满度准确度还是读数准确度。两者含义区别很大。若是满度准确度，测量结果往往达不到满度准确度的指标，即使是准确等级很高，也代表不了实际测量的准确度，除非仪表流量仪表满度运行。然后要弄清楚所给的准确度指标在统计学上的含义是什么。具体说来就是在多大的区间里以多大的置信概率得到的准确度。这一点，国际上尚未统一。有的置信区间采用2ɑ,95%的置信概率；有的置信区间采用3ɑ,99.7%的置信概率；有的则只给出实验室的ɑ，即均方误差，，并以此计算准确度。置信区间不同，同一台仪表就会给出不同的准确度指标。当然置信区间越小，给出的准确度指标就越高。然而因其置信概率低，定然使测量结果可靠性不高。有的制造厂家虽然给出测量的不确定度(或最大绝对误差），但因缺乏足够的实验而给不出与不确定度相对应的置信概率。这种产品如按照其说明书给出的准确度指标使用，同样不会得到满意的测量结果。最后，在考察流量仪表的准确度时，还要注意仪表制造厂家在确定准确度时的溯源性问题，即在确定准确度时能与国家计量基准或国际计量基准相联系的程度如何。这实际是对制造厂家确定准确度时的依据及可信度进行考察。在标定流量仪表时，有的使用原始标准，有的则采用传递标准，即通过使用与高准确度的流量仪表进行比对的方法对流量仪表进行标定。这种传递标准使用起来方便，产品成本低。但如对标准不做定期校验，或存有某种问题，如标准的等级不够，就会在准确度的确定上出现问题。国际上曾对一些仪表的准确度指标进行考察测试，结果表明有64%产品的准确度低于使用说明书中给出的指标。流量仪表的选择至今，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种为什么有这么多，主要原因在于，迄今为止还没有找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以达+24%；因孔板本体的弯曲变形引起的误差可达+10%。2、其次，要强调的是现场的安装条件如不能完全复现产品出厂的标定条件，附加误差的引进也是不可避免的。这里的安装条件主要指流量计上下游直管段长度，各种阻力件的形式及管道的粗糙度等。这里说的出厂前的标定条件，主要是指那些利用原始标准对流量仪表进行标定的条件，亦即刚刚提过那些条件。流量计出厂前的标定条件都是特定的，或者说是理想的。一般来说现场较难完全满足。但安装条件对流量计准确度的影响，是流量测量领域中的一项重要研究内容。国外做了许多工作，曾对涡街流量计受管道条件的影响进行研究。结果表明，上游直管段的粗糙度可引起3%左右的误差；上游一个90°的弯头和处于两个不同平面的90°弯头都会引起准确度的明显偏移。偏移的大小及方向取决于实际的管道情况及流量计与弯头的距离。要想把偏移限制在+0.5%以内，上游直管段长度至少为管径的55倍。而一般的涡街流量计的制造厂家在说明书中通常标明的直管段长度为20倍管径（一个90°弯头时）及40倍管径（二个处于不同平面的90°弯头时），而对管道的粗糙度根本不提要求。再如，1991年国际标准化组织对节流装置设计标准进行了修改，即ISO-5167-1代替了1980年制定的标准，即ISO-5167.我国于1993年正式执行该标准，定义为GB/T2624-93，代替了1981年颁布的GB2624-81.然而，就在新的国际标准颁布不久，英国的国家工程实验室对文丘里管具有零附加不确定度所需的上游最短直管段长度进行测试。其结果表明，当上游有一个90°弯头时，所需的最短直管段长度要大于标准中规定的2倍。对孔板和喷嘴也得出类似的结论，零附加不确定度和0.5%附加不确定度的最短直管段长度也都应比标准里规定的扩大一倍。四、流体特性被测流体特性，是在选择流量仪表时应考虑到的，属于流量仪表选择中内容。在此单独强调已被人们忽视的一点，及被测流体的二相流特性。二相流，在学术界并不陌生，但在工业界，对于用户来说却有点陌生。二相流是指处于不同状态下物质物质混合在一起的流体（或流动），有气液二相，气固二相及液固二相。二相流动是一种十分复杂的物理现象，其形成机理、运动规律尚未被人们认知。由于其流动规律于单相流体截然不同，使得二相流测量问题也是一项十分棘手的问题，是当今流量测量领域中的一个主攻方向和热门话题。二相流动是大量存在的。但有时这种流动是显而易见的，有时却不明显。有时用户并未认识到自己面对的单相流体由于某些原因（如因空化效应或泄露在液体中引入气体，或重油里的水分在100度以上气化）已变成二相流。目前市场上流行的流量计都是为单相流体设计的，所公布的流量计特性皆不适应于二相流动。这些仪表在二相流动的情况下产生极大的误差。比如国外试验表明，当液体中有2%的气体时，涡轮流量计即产生30%的误差。蒸汽的流量测量不准是普遍存在的问题。其中主要原因随工况条件（压力、温度）的变化过热蒸汽会经常转化为饱和蒸汽。后者已成为为气液二相流，现有的仪表自然测不准，必须另想其它办法。流量仪表的发展随着科技的发展，技术革新日新月异，流量仪表也融入微机和单片机功能，向智能化方向发展。所以出现了一些带各种在线自动补偿的流量仪表：如美国罗斯蒙特公司产的质量流量计，就具有温度、压力补偿，特别值得一提的是带有比重在线测量和自动补偿功能，有效的实现一定条件下对流体的精确测量。国产气体涡轮流量计也取得长足的进步，如天津流量仪表有限公司生产的气体涡轮流量计在天然气计量和控制中应用广泛，也具有在线温度和压力自动补偿，并可于上位机或专用校准装置通讯，随时根据实际工况修改补偿系数，除了现场显示瞬时流量、累计流量、压力和温度外，还可以输出标准4~20mAdc,已方便进行远程控制。有的特殊要求的流量计还具有数据功能，植入特殊芯片后可将流量仪表的瞬时流量、累计流量、压力、温度无线传输出去，实现远程无线监控。结束语：准确测量是相关使用部门都需要的，也特别是生产部门普遍关心的问题。