昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：21發(fā)布時(shí)間：2025-7-5
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)，在大口徑流量的測量中具有突出的優(yōu)勢，目前我公司在大口徑水流量的測量上普遍采用插入式渦街流量計(jì)。隨著近年來公司各項(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議，因此必須盡快找到一種簡單有效的方法對(duì)插入式渦街流量計(jì)的測量數(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)，它由測量頭、插入桿、插入機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器和儀表殼體（測量管道）組成。
當(dāng)測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)的測量頭為脈沖一頻率型，其流量計(jì)算公式為：
Qv=f/K （1）
式中：qv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)速流量計(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量，因此其相應(yīng)的標(biāo)定設(shè)備和標(biāo)定費(fèi)用昂貴，無法被普遍采用，只有在某些特定場合（如技術(shù)監(jiān)督部門對(duì)流量計(jì)測量結(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)的測量頭當(dāng)作是一臺(tái)流速計(jì)來標(biāo)定。首先測得測量頭的儀表系數(shù)K0，然后根據(jù)使用現(xiàn)場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)K0。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)測量頭進(jìn)行標(biāo)定以確定測量頭的儀表系數(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)定出的測量頭的儀表系數(shù)K0經(jīng)修正計(jì)算得到。儀表系數(shù)的計(jì)算修正公式為：
K= K0/（αβA ） （2）
式中： K0為測量頭的儀表系數(shù)，1/m3；α 為速度分布系數(shù)； β 為阻塞系數(shù)；A為測量管道的橫截面面積，m2。
3 插入式渦街流量計(jì)測量數(shù)據(jù)的比對(duì)方法
長期以來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)過儀表的幾個(gè)使用周期，由于工藝與現(xiàn)場環(huán)境的變化、介質(zhì)對(duì)測量頭的腐蝕與磨損、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，在儀表測量數(shù)據(jù)誤差較大時(shí)，常使用如下一些方法對(duì)流量進(jìn)行簡單的比對(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頭- 流量特性曲線對(duì)應(yīng)的流量讀數(shù)來進(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，因此雙方各持己見并產(chǎn)生爭議。
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，而大部分隋況下實(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儀表準(zhǔn)確與否的依據(jù)。但是日常運(yùn)行時(shí)可以進(jìn)行相互參照，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)
我公司近幾年來先后引進(jìn)了美國保麗聲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)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儀表的運(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)一步用它來與插入式渦街流量計(jì)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。然而用傳播時(shí)間法進(jìn)行測量的便攜式超聲流量計(jì)，要通過定標(biāo)計(jì)算介入現(xiàn)場管道流通面積和傳播距離，其測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)，儀表測量結(jié)果不穩(wěn)定，測量精度無法保證，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)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場比對(duì)的條件暫不成熟，還需經(jīng)過進(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)場使用情況，可是最終要解決對(duì)流量儀表計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的爭議，說服力的還是有效數(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，其工作口徑為300mm。我們嘗試把現(xiàn)場存在爭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)到使用狀態(tài)。
現(xiàn)在的問題是，在現(xiàn)場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有問題的，因安裝現(xiàn)場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α、β、A參數(shù)有關(guān)，因而我們可以通過計(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^公式計(jì)算K'相當(dāng)繁瑣，不易被大家掌握，作者結(jié)合自己長期積累的一些經(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、β比速查表
| D/mm | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| A | 1.000 | 1.778 | 2.778 | 4.000 | 5.444 | 7.111 | 9.000 | 11.111 |
β | 1.000 | 1.021 | 1.033 | 1.041 | 1.047 | 1.052 | 1.055 | 1.058 |
表2 α比速查表
| D/mm | υ/m?s-1 | ||||||
| 0.3 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | |
| 300 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 |
| 400 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.016 | 1.000 | 1.006 | 1.006 |
| 500 | 1.000 | 1.008 | 1.000 | 1.016 | 1.006 | 1.006 | 1.011 |
| 600 | 1.000 | 1.008 | 1.016 | 1.016 | 1.006 | 1.011 | 1.015 |
| 700 | 1.000 | 1.008 | 1.016 | 1.022 | 1.010 | 1.015 | 1.015 |
| 800 | 1.008 | 1.008 | 1.016 | 1.022 | 1.011 | 1.015 | 1.015 |
| 900 | 1.008 | 1.008 | 1.016 | 1.026 | 1.015 | 1.015 | 1.019 |
| 1000 | 1.008 | 1.008 | 1.022 | 1.028 | 1.015 | 1.019 | 1.022 |
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管徑條件下口α、β、A 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，長期以來循環(huán)水廠對(duì)該表的測量數(shù)據(jù)有很大的爭議。若用水泵的流量值作為基準(zhǔn)比對(duì)，則儀表的測量誤差高達(dá)20%。雖然上文已說明不能用水泵的流量值作為判別流量儀表準(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、儀表與管系的仔細(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)場工藝條件，廠方計(jì)算給出儀表流量Qmax=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，通過實(shí)流標(biāo)定得出儀表系數(shù)K=202.951，再通過查表1、表2，得出實(shí)際使用管徑900 mm條件下與在300 mm管徑條件下的α（比儀表常用流量計(jì)算）、β、A的比值分別為1.016，1.055，9.000，計(jì)算修正出儀表在900 mm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fmax=41.2 Hz時(shí)的儀表實(shí)際流量Qmax=7050 m3/h 即完成插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)。經(jīng)過進(jìn)一步估算，修正結(jié)果與傳統(tǒng)理論計(jì)算誤差約0.5%左右，能夠滿足現(xiàn)場的測量需要。
另外，儀表安裝到現(xiàn)場后，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)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)到運(yùn)行狀態(tài)，這一點(diǎn)也十分重要。
4 結(jié)束語
經(jīng)過一段時(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)，解決了長期以來爭議較大的現(xiàn)場儀表計(jì)量誤差問題，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)的測量精度受現(xiàn)場管道、儀表的安裝等情況影響較大，修正系數(shù)本身的測算也存在一定的誤差，因此有許多問題還有待進(jìn)一步探討。
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