淺談流量計(jì)的選型及計(jì)量

趙濤 孟海龍 任敏剛

摘 要：流量計(jì)能否準(zhǔn)確測(cè)量流量，這與流量計(jì)選型、安裝、計(jì)量都有一定的關(guān)系。流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)使用條件是選型的基礎(chǔ)，正確的選型與安裝是保證流量計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量的前提。流量計(jì)的計(jì)量是量值傳遞、保證量值統(tǒng)一的主要措施。流量計(jì)使用壽命全周期離不開周期性計(jì)量。計(jì)量方法的選擇按實(shí)際條件而定。

關(guān)鍵詞：流量計(jì)選型;分類;計(jì)量方法

流量是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)一定截面的流體量。流量計(jì)毋庸置疑就是測(cè)量流量的儀表。流量計(jì)被廣泛適用于化工、冶金、農(nóng)業(yè)、電力、煤炭、醫(yī)藥、石油、食品等行業(yè)。流量計(jì)時(shí)刻為工業(yè)生產(chǎn)、人民生活保障、貿(mào)易結(jié)算、環(huán)境檢測(cè)、安全防護(hù)以及醫(yī)療衛(wèi)生默默做出貢獻(xiàn)。

準(zhǔn)確計(jì)量就是流量計(jì)的使命。流量計(jì)一般是是作為自動(dòng)化控制中檢測(cè)儀表或測(cè)量一個(gè)時(shí)間段的總累積流量?jī)x表。流量以時(shí)間類型分為瞬時(shí)流量和累積流量。瞬時(shí)流量即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)一定截面的流量;累積流量是指定段時(shí)間段內(nèi)流體通過(guò)一定截面的累積量。瞬時(shí)流量與對(duì)應(yīng)時(shí)間之間的積分可以求得累積流量。流量是導(dǎo)出量，根據(jù)導(dǎo)出基本量單位組成分為體積流量和質(zhì)量流量。體積流量與質(zhì)量流量可以通過(guò)密度換算互相得到。

普通貿(mào)易結(jié)算類流量計(jì)比較注重累積流量，但工業(yè)控制領(lǐng)域一般注重流量計(jì)的瞬時(shí)流量。流量計(jì)使用的生命全周期中，能否準(zhǔn)確計(jì)量與流量計(jì)的選型和現(xiàn)場(chǎng)安裝有直接關(guān)系。流量的選型與安裝不合理，就可能達(dá)不到預(yù)期計(jì)量要求。流量計(jì)的選型一般考慮一下幾個(gè)方面：

1、流量計(jì)的計(jì)量性能。例如：流量測(cè)量顯示、測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度、重復(fù)性、壓力損失、輸出信號(hào)和響應(yīng)時(shí)間等。

流量測(cè)量顯示量可以為：工況流量、標(biāo)況流量、體積流量、質(zhì)量流量、瞬時(shí)流量、累積總量、流速、溫度、壓力等。一般流量標(biāo)況狀態(tài)是0℃，101.325kPa，但是我國(guó)燃?xì)忸惲髁繕?biāo)況狀態(tài)是20℃，101.325kPa。流量計(jì)選型時(shí)不但要擇流量計(jì)口徑大小與管路對(duì)應(yīng)，而且要求管路流體流量范圍與流量計(jì)測(cè)量范圍要匹配。

流量計(jì)準(zhǔn)確度一般在標(biāo)注的測(cè)量范圍與測(cè)量環(huán)境內(nèi)都能達(dá)到出廠要求。一般流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)體現(xiàn)形式是誤差。誤差一般是指相對(duì)誤差或者引用誤差。重復(fù)性是多次測(cè)量的一致性。流量計(jì)的管路形狀與安裝管路形狀相異與流量計(jì)在管道中的流量測(cè)量元件都可以產(chǎn)生壓力損失。流量計(jì)傳輸出的信號(hào)模式可以是：模擬量、脈沖量或者協(xié)議總線形式。響應(yīng)時(shí)間是流量波動(dòng)性變化與對(duì)應(yīng)流量測(cè)量變化的響應(yīng)。

2、流體特性及狀態(tài)的判別。判別流體氣體、液體還是混合相，以及考慮測(cè)量流體的壓力和溫度都是否與流量計(jì)匹配。對(duì)于液體而言，在大部分情況下其密度相對(duì)恒定。氣體流量計(jì)的測(cè)量范圍，取決于氣體密度，一般都要有密度參與修正。測(cè)量不同黏度流體計(jì)量性能不一樣，部分液體黏度會(huì)隨溫度變化而巨變，但是氣體之間黏度差別較小。流體化學(xué)性質(zhì)是否會(huì)與流量計(jì)表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而導(dǎo)致腐蝕與結(jié)垢。

3、流量計(jì)安裝條件。流量計(jì)都有安裝流向，一般為垂直安裝和水平安裝。流體進(jìn)入流量計(jì)的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)影響計(jì)量性能，流量計(jì)上下游不應(yīng)該有擾動(dòng)源。速度式流量計(jì)都有上游和下游直管段的要求。絕大多數(shù)流量計(jì)對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)的震動(dòng)、電磁環(huán)境、溫濕度等都有一定要求。

流量是導(dǎo)出量，構(gòu)成流量的基本量是長(zhǎng)度與時(shí)間組合或者質(zhì)量與時(shí)間組合。因此流量測(cè)量方法與流量計(jì)分類方法十分多，但是根據(jù)基本測(cè)量原理大致分為以下幾類：

1、利用伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程的原理，通過(guò)測(cè)量流體差壓信號(hào)從而得到流量。此類流量計(jì)有：差壓流量計(jì)、浮子流量計(jì)、皮托管流量計(jì)、靶式流量計(jì)等。

2、通過(guò)測(cè)量流體的流速，再利用流速與截面積之積得到流量。這類流量計(jì)稱為速度式流量計(jì)。速度式流量計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠、測(cè)量范圍大，但是對(duì)流體流動(dòng)狀態(tài)有一定要求。速度式流量計(jì)包括渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。

3、使用標(biāo)準(zhǔn)容積，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)容積內(nèi)介質(zhì)連續(xù)填充與排空測(cè)量流體流量。這類流量計(jì)稱為容積式流量計(jì)。容積式流量計(jì)可以測(cè)量各種流體，對(duì)流體流動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有特別要求，但是當(dāng)流體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，會(huì)影響其正常工作。容積式流量計(jì)一般準(zhǔn)確度較高，尤其在較高黏度的液體中。在測(cè)量較高黏度流體時(shí)會(huì)有較大的壓力損失。

4、測(cè)量通過(guò)流體的質(zhì)量來(lái)測(cè)量流量。常見(jiàn)的質(zhì)量流量計(jì)就兩種：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和熱式質(zhì)量流量計(jì)?？评飱W利流量計(jì)通過(guò)測(cè)量科氏力來(lái)測(cè)量流量。熱式質(zhì)量流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量預(yù)設(shè)于介質(zhì)中的熱源與介質(zhì)的熱交換量來(lái)測(cè)量流量。

每一臺(tái)流量計(jì)并不是生產(chǎn)出來(lái)就能準(zhǔn)確計(jì)量，它需要計(jì)量溯源。JJF 1001-2011明確定義了計(jì)量是：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確度可靠的活動(dòng)。我國(guó)現(xiàn)行的計(jì)量?jī)?nèi)容主要是檢定與校準(zhǔn)。計(jì)量一般是用流量計(jì)與流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行流量對(duì)比，然后根據(jù)計(jì)量結(jié)果，對(duì)流量計(jì)流量進(jìn)行修正，使流量計(jì)的計(jì)量性能達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。

流量是導(dǎo)出量，構(gòu)成流量的基本量是長(zhǎng)度與時(shí)間或質(zhì)量與時(shí)間，所以流量原始標(biāo)準(zhǔn)裝置為長(zhǎng)度（體積）與時(shí)間或質(zhì)量與時(shí)間的組合量。原始流量標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞量值到傳遞流量標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)表，從而實(shí)現(xiàn)量值的傳遞。

流量計(jì)計(jì)量按照送檢方式分為：實(shí)驗(yàn)室計(jì)量與現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量。

實(shí)驗(yàn)室計(jì)量，一般以固定式計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行。由于長(zhǎng)度、質(zhì)量與時(shí)間的復(fù)現(xiàn)不確定度非常高，而且復(fù)現(xiàn)條件相對(duì)容易達(dá)到，所以實(shí)驗(yàn)室一般以長(zhǎng)度與時(shí)間或質(zhì)量與時(shí)間的組合標(biāo)準(zhǔn)裝置居多。標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)裝置一般用于準(zhǔn)確度要求不高的流量計(jì)計(jì)量。

現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量就需要移動(dòng)式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。移動(dòng)式與固定式的測(cè)量方法與原理基本相同，只是流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是可移動(dòng)式，并且一般是由專用車輛裝載，移動(dòng)式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置靈活性高，可隨計(jì)量場(chǎng)地的變化而移動(dòng)，無(wú)需為計(jì)量而長(zhǎng)途搬運(yùn)。但是移動(dòng)式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置一般測(cè)量范圍較小，準(zhǔn)確等級(jí)較低，現(xiàn)場(chǎng)音影響量較多，使用費(fèi)用較高。

實(shí)際應(yīng)用中，在能保證準(zhǔn)確度的前提下，具有操作性的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量方式主要有以下兩種：

1、在被計(jì)量流量計(jì)的管線中部或末端，串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，使流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比。

2、計(jì)量流量計(jì)的累積流量，以標(biāo)準(zhǔn)容器或標(biāo)準(zhǔn)衡器作為參考標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)的累積流量。

現(xiàn)在正在逐漸興起的在線計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)不斷流測(cè)量，對(duì)于不便于停工的流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。例如示蹤法、便攜式超聲波流量計(jì)等等。示蹤法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作要求較多，不便于大范圍推廣。但是便攜式超聲波流量計(jì)安裝方便、操作簡(jiǎn)單，可測(cè)量不同管徑、不同介質(zhì)的管道流體。便攜式超聲波流量計(jì)操作一般只需：管徑測(cè)量、測(cè)量管道壁厚、確認(rèn)管道材料、襯里材質(zhì)、安裝探頭。但是便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量精度受到很多外界因素的影響，人為因素對(duì)測(cè)量的影響較大，測(cè)量氣體管路時(shí)對(duì)管路氣體壓力要求較高。

隨著智能電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器可計(jì)算更多的變量信號(hào)，流量計(jì)向更精準(zhǔn)化、更智能化、更安全化的方向發(fā)展。但是探索新型的流量測(cè)量方法卻更難，這也制約流量計(jì)更快的發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量是計(jì)量技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，能極大地方便了計(jì)量工作，有效降低計(jì)量方面的資金消耗，也更易于實(shí)施。

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