關(guān)于流量計正確選型的基本原則
流量計選型的原則
流量計在工業(yè)測量中一種重要流量測量設(shè)備，用戶要達到對于流體的正確測量，事先的選型工作非常重要，是決定流量計能否精確測量與穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，對于流量計的正確選型涉及到多方面的因素，每一項都不可忽視，所謂細節(jié)是決定成敗的關(guān)鍵，這句話對于流量計的選型工作來說同樣有意義，我們?yōu)榱藥椭脩裟軌蚋玫亓私饬髁坑嫯a(chǎn)品以及正確地對流量計的選型，特地編輯了這一期關(guān)于選型要素五個方面的相關(guān)知道，希望對于您的工作有所借鑒。
選擇流量計的原則*先是要深刻地了解各種流量計的結(jié)構(gòu)原理和流體特性等方面的知識，同時還要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況及考察周邊的環(huán)境條件進行選擇。也要考慮到經(jīng)濟方面的因素。一般情況下，主要應(yīng)從下面五個方面進行選擇：
① 流量計的性能要求；
② 流體特性；
③ 安裝要求；
④ 環(huán)境條件；
⑤ 流量計的價格。
一、流量計的性能要求
流量計的性能方面主要包括：測量流量（瞬時流量）還是總量（累積流量）；準確度要求；重復(fù)性；線性度；流量范圍和范圍度；壓力損失；輸出信號特性和流量計的響應(yīng)時間等。
（1）測流量還是總量
流量測量包括兩種，即瞬時流量和累積流量，比如對分輸站管道的原油屬于貿(mào)易交接或石油化工管道進行連續(xù)配比生產(chǎn)或生產(chǎn)流程的過程控制等需要計量總量，間或輔以瞬時流量的觀察。在有的工作場所對流量進行控制則需配備瞬時流量測量。因此，要根據(jù)現(xiàn)場計量的需要進行選擇。有些流量計比如容積式流量計，渦輪流量計等，其測量原理是以機械計數(shù)或脈沖頻率輸出直接得到總量，其準確度較高，適用于計量總量，如配有相應(yīng)的發(fā)訊裝置也可輸出流量。食品衛(wèi)生型電磁流量計、超聲流量計等是以測量流體流速推導(dǎo)出流量，響應(yīng)快，適用于過程控制，如果配以積算功能后也可以獲得總量。
（2）準確度
流量計準確度等級的規(guī)定是在一定的流量范圍內(nèi)，如果使用在某一特定的條件下或比較窄的流量范圍內(nèi)，比如，僅在很小的范圍內(nèi)變化，此時其測量準確度會比所規(guī)定的準確度等級高。如用渦輪流量計計量油品裝桶分發(fā)，在閥門全開的情況下使用，流量基本恒定，其準確度可能會從0.5級提高到0.25級。
用于貿(mào)易核算、儲運交接和物料平衡如果要求測量準確度較高時，應(yīng)考慮準確度測量的持久性，一般用于上述情況下的流量計，準確度等級要求為0.2級。在這樣的工作場所一般是現(xiàn)場配備計量標(biāo)準設(shè)備（比如體積管），對所使用的流量計進行在線檢測。近幾年由于原油的日趨緊張和各單位對原油計量的高要求，對原油計量提出實行系數(shù)交接，即除了每半年對流量計進行一次周期檢測后，貿(mào)易交接雙方協(xié)商每1個月或2個月對流量計進行檢定確定流量系數(shù)，每天根據(jù)流量計計量的數(shù)據(jù)與流量計流量系數(shù)計算出數(shù)據(jù)進行交接，以提高流量計的準確度，也稱為零誤差交接。
準確度等級一般是根據(jù)流量計的*大允許誤差確定的。各制造廠提供的流量計說明書中會給出。一定要注意其誤差的百分率是指相對誤差還是引用誤差。相對誤差為測量值的百分率，常用“％ R”表示。引用誤差則是指測量上限值或量程的百分率，常用“％ FS”。許多制造廠說明書中并未注明。比如，浮子流量計一般都是采用引用誤差，食品衛(wèi)生型電磁流量計有的型號也有采用引用誤差的。
流量計如果不是單純計量總量，而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中，則檢測流量計的準確度要在整個系統(tǒng)控制準確度要求下確定。因為整個系統(tǒng)不僅有流量檢測的誤差，還包含有信號傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素。比如，操作系統(tǒng)中存在有2%左右的回差，對所采用的測量儀表確定過高的準確度（0.5級以上）就是不經(jīng)濟和不合理的。就儀表本身來說，傳感器與二次儀表之間的準確度也應(yīng)該適當(dāng)相配，比如說設(shè)計出來未經(jīng)實際標(biāo)定的均速管誤差如在±2.5%～±4%之間，配上0.2%～0.5%高準確度的差壓計就意義不大了。
還有一個問題就是對于檢定規(guī)程或制造廠說明書中對流量計所規(guī)定的準確度等級指的是其流量計的*大允許誤差。但是由于流量計在現(xiàn)場使用時受環(huán)境條件、流體流動條件和動力條件等變化的影響，將會產(chǎn)生一些附加誤差。因此，現(xiàn)場使用的流量計應(yīng)是儀表本身的*大允許誤差和附加誤差的合成，一定要充分考慮到這個問題，有時候可能現(xiàn)場的使用環(huán)境范圍內(nèi)的誤差會超過流量計的*大允許誤差。
（3）重復(fù)性
重復(fù)性是由流量計原理本身與制造質(zhì)量決定的，是流量計使用過程中的一個重要的技術(shù)指標(biāo)，與流量計的準確度息息相關(guān)。一般在檢定規(guī)程中的計量性能要求中對流量計不僅有準確度等級規(guī)定外，還對重復(fù)性進行了規(guī)定，一般規(guī)定為：流量計的重復(fù)性不得超過相應(yīng)準確度等級規(guī)定的*大允許誤差的1/3～1/5。
重復(fù)性一般定義為在環(huán)境條件和介質(zhì)參量等不變的情況下，對某**量值短時間內(nèi)，同方向進行多次測量的一致性。但是，在實際應(yīng)用中，流量計的重復(fù)性會常常被流體粘度、密度參量的變化所影響，有時這些參量變化還沒有達到需要進行專門修正的程度，會誤認為是流量計的重復(fù)性不好。鑒于這種情況下，應(yīng)選擇對此參量變化不敏感的流量計。比如，浮子流量計容易受流體密度影響，小口徑的流量計不僅受流體密度的影響，可能還會受流體粘度的影響；渦輪流量計如果用在高粘度范圍時的粘度影響；有些未做修正處理的超聲流量計會受到流體溫度的影響等等。如果流量計的輸出是非線性的，這種影響可能會更為突出。
（4）線性度
流量計的輸出主要有線性和非線性平方根兩種。一般的來說流量計的非線性誤差是不單獨列出的，而是包含在流量計的誤差內(nèi)。對于一般比較寬流量范圍，輸出信號為脈沖的，用作總量積算的流量計，線性度則是一個重要的技術(shù)指標(biāo)，如果在其流量范圍內(nèi)使用單一的儀表系數(shù)，當(dāng)線性度差就會降低流量計的準確度。比如，渦輪流量計在10：1的流量范圍內(nèi)采用一個儀表系數(shù)，線性度差時其準確度會較低，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，可將其流量范圍分段，用*小二乘法擬合出流量—儀表系數(shù)曲線對流量計進行修正，從而提高流量計的準確度和擴展流量范圍。
（5）上限流量和流量范圍
上限流量也稱為流量計的滿度流量或*大流量。當(dāng)我們選擇流量計的口徑時應(yīng)按被測管道使用的流量范圍和被選流量計的上限流量和下限流量來進行配置，不能簡單的按管道通徑進行配用。
一般來講，設(shè)計管道流體*大流速是按經(jīng)濟流速來確定的。如果選擇過低，管徑粗，投資會大；過高則輸送功率大，增加運行成本。比如，像水等低粘度液體其經(jīng)濟流速為1.5～3m/s，高粘度液體0.2～1m/s，大部分流量計上限流量的流速接近或高于管道經(jīng)濟流速。因此，流量計選擇時其口徑與管道相同時候就較多，安裝比較方便。如不相同也不會相差太多，一般上下相鄰一檔的規(guī)格，可采用異徑管連接。
在流量計的選擇中應(yīng)注意不同類型的流量計，其上限流量或上限流速由于受各自流量計的測量原理和結(jié)構(gòu)的限制差別較大。以液體流量計為例，上限流量的流速以玻璃浮子流量計為*低，一般是0.5～1.5m/s之間，容積式流量計在2.5～3.5m/s之間，渦街流量計較高在5.5～7.5m/s之間，食品衛(wèi)生型電磁流量計則在1～7m/s之間，甚至達到0.5～10m/s之間。
液體的上限流速還需要考慮不能因為流速過高而產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象的地點一般是在流速*大，靜壓*低的位置，為了防止氣穴的形成，常常需要控制流量計的*小背壓（*大流量）。
還應(yīng)注意流量計的上限值訂購后就不能改變，比如容積式流量計或浮子流量計等。差壓式流量計像節(jié)流裝置孔板等一經(jīng)設(shè)計確定后，其下限流量不能改變，上限流量變動可以通過調(diào)整差壓變送器或更換差壓變送器來改變流量。比如某些型號的食品衛(wèi)生型電磁流量計或超聲流量計，有些用戶可以自行重新設(shè)定流量上限值。
（6）范圍度
范圍度為流量計的上限流量和下限流量的比值，其值越大則流量范圍越寬。線性儀表有較寬的范圍度，一般為1：10。非線性流量計的范圍度較小僅為1：3。一般用于過程控制或貿(mào)易交接核算的流量計，如果要求流量范圍比較寬就不要選擇范圍度小的流量計。
目前一些制造廠為宣傳其流量計的流量范圍寬，在使用說明書中把上限流量的流速提得很高，比如液體提高到7～10m/s（一般為6m/s）；氣體提高到50～75m/ s（一般為40~50）m/s）；實際上如此高的流速是用不上的。其實范圍度寬的關(guān)鍵是有較低的下限流速，以適應(yīng)測量需要。所以下限流速低的寬范圍度的流量計才是比較實用的。
（7）壓力損失
壓力損失一般是指流量傳感器由于在流通通道中設(shè)置的靜止或活動檢測元件或改變流動方向，從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失，其值有時可達數(shù)十千帕。因此，應(yīng)按管道系統(tǒng)泵送能力和流量計進口壓力等確定*大流量的允許壓力損失來選定流量計。因選擇不當(dāng)會限制流體流動產(chǎn)生過大壓力損失而影響流通效率。有些液體（高蒸汽壓碳氫液）還應(yīng)注意過度的壓力降可能引發(fā)氣穴現(xiàn)象和液相汽化，降低測量準確度甚至損壞流量計。比如管徑大于500mm的輸水用的流量計，應(yīng)考慮壓損所造成的能量損耗過大而增加的泵送費用。據(jù)有關(guān)報道，壓力損失較大的流量計幾年來為測量付出的泵送費用往往超過低壓損、價格較貴的流量計的購置費用。
（8）輸出信號特性
流量計的輸出和顯示量可以分為：
① 流量（體積流量或質(zhì)量流量）；② 總量；③ 平均流速；④ 點流速。有些流量計輸出為模擬量（電流或電壓），另一些輸出脈沖量。模擬量輸出一般認為適合于過程控制，比較適合于與調(diào)節(jié)閥等控制回路單元接配；脈沖量輸出比較適合于總量和高準確度的流量測量。長距離信號傳輸脈沖量輸出則比模擬量輸出有較高的傳送準確度。輸出信號的方式和幅值還應(yīng)有與其他設(shè)備相適應(yīng)的能力，比如控制接口、數(shù)據(jù)處理器、報警裝置、斷路保護回路和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。
（9）響應(yīng)時間
應(yīng)用于脈動流動場合應(yīng)注意流量計對流動階躍變化的響應(yīng)。有些使用場合要求流量計輸出跟隨流體流動變化，而另一些為獲得綜合平均值要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬時響應(yīng)常以時間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，后者在數(shù)百Hz以下。配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長響應(yīng)時間。一般認為流量計流量增加或減小時動態(tài)響應(yīng)不對稱會加速增加流量測量誤差。