流量仪表的特点、选用与发展（下）

三、流量试验室
        1、目的   影响流量仪表技术特性的因素很多，目前还无法通过理论推导，必需用试验的手段确定影响的大小。它是研发、生产流量仪表，保证其质量必不可少的设备。历来受到国内外业界的重视。在2010年台北召开的第15届流量测量国际会议上，在108篇发表论文中有关流量标准装置为28篇（占23%）；同年在上海召开的全国流量测量学术交流会上，总计76篇论文中，有关流量标准装置为19篇（占26%）。
        2、种类  
        （1）介质
        ○1水流量装置  历史较为悠久，设计、工艺较为完善，根据基准值的确定又可分为称重法及容积法二种。前者的准确度优于后者可达10-4国际标准有 ISO4185-1980（称重法）；ISO8316-1987，我国有jjG164-86；jjG217-89等
        ○2空气流量装置  由于受温度、压力影响较大，流动特性更为复杂，准确度次于水流量装置；目前已用的有：mt（质量-时间）法；PVTt（压力-容积-温度-时间）法；活塞法；标准体积管；钟罩法；速度面积法；示踪法；标准表比对法等，以mt 法最为准确可达10-3。
        国际标准有关示踪法为：ISO4055-1(1977);  ISO4053-4(1978).  我国有jjG165-89(钟罩)；jjG586-89（皂膜）；jjG619-89(PVTt)。
        ○3油流量装置   油是一种粘性较大的介质。石油作为一种用量大而又日益昂贵的能源，在贸易核算中，油品流量计计量的准确度日益受到重视。为消除粘性的影响常以油品做为实际介质来校验流量仪表，这种校验装置常有标准体积管，以及上述的容积法、称重法。从安全角度出发，还是应当首选标准体积管，我国已有相关的标准 jjG-209-44及生产厂家。
        ○4气体流量装置  为校验气体介质物性对流量准确度的影响。特别是天然气也是一种用量大。较昂贵的气体能源。我国目前已日益重视直接用天然气做介质来校验流量仪表。实验室往往建立在输气站的附近，就地建设备旁路取气，校验后再送回管线。流量基准多采用标准表（音速喷嘴；涡轮流量计等）。除天然气外，也有采用蒸汽、惰性气体（氦、氨、氖）、二氧化碳等气体作为实验室的介质。
        ○5二相流流量装置   随着科学技术的进步与要求，二相流的准确计量日益迫切有待解决，如气液、气固、液固等，由于这类仪表在我国还处于研制阶段，其装置多建在高校及研究机构，已逐步进入实用生产阶段。
        (2)、流场
        ○1、风洞（直匀流）*19
        风洞是研究、测定物体与大气产生相对运动时物体受力状况的设备。 在其试验段截面上应是流速大小一致、方向相同的直匀流。它虽是研究航空、航天的高科技试验设备，但并不可能成为理想的流量校验装置。因为工业现场无法产生直均流，流场不一致校验就没有什么意义。
        厂家可以用它校验流速计，但切记流速计并非流量计，不要混为一谈。
        ○2、标准流量试验室（充分发展紊流） 
        这些流量试验室都在较长的直管段长度，具有充分发展紊流流场。各种流量仪表的规范也要求在现场安装时，必需具有较长的直管径长度（大于30D）。这样，试验室校验的流量系数才能无误地传递到现场的流量仪表，不致产生较大误差。有人曾将均速管在风洞中标定后，又在充分发展紊流中进行标定，由于流场的不同，流量系数的误差可高达10％。
        ○3、阻力件影响试验室（非充分发展紊流）
        近十年来，现场管径日益增大，直管段长度无法保证，而资源日益匮乏，有要求准确计量。国内外厂家纷纷推出了各种流量计，都宣称在直管段很短（０～３Ｄ）的情况下，具有高达士０。５％的准确度。如：多通道超声流量计、缩管涡街流量计、新型节流装置（内锥、多孔孔板----）。相关科技人员实测，数据表明，厂家都夸大其词，如插入式流量计生产厂家可宣称无需直管段而具有1%的准确度，真是令人匪夷所思！
        所以，许多专家呼吁*20：为对用户负责，确立流量仪表作为计量器具执法可信度，迫切需要建立阻力件影响试验室（非充分发展紊流），科学、公正地解决阻力件对准确度的影响。

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四、标准与检定规程*21
        1、地位与必要性  流量仪表作为贸易结算计量器具，具有执法功能；而用于工控系统的检测仪表是信息的源头，也是保证产品质量，工况正常运行的重要组成部件。要保证流量仪表的质量，必需制定标准，按其加工、安装，及所界定的范围使用。要评估流量仪表的技术性能，则必需按检定规程在有一定资质的试验室进行测试。用测试数据来说明它的技术性能。只有这样，仪表性能才能保证公正、客观，具有说服力。

        2、 标准的分类  
        按性质划分有三种：
         ○1基础标准  确定流量测量及仪表的名词术语，型号命名，规范基本参数的定义。
         ○2产品标准  规定流量仪表的产品分类、技术要求、试验方法、安装要求----等。
        ○3方法标准  制定流量仪表的性能如何评定、试验、检验、计算---等方法。
        以上标准我国按级别又有：国家、行业、地方、企业四种。
        按制定机构划分有五种：
        ○1国际标准  国际标准化组织（ISO）;国际电工委员会(IEC),由他们确认其他国际标准化组织制定的标准。
        ○2区域性组织、发达国家或权威性的学会/协会制定的标准：如：欧洲标准委员会（CEN）；美国标准（ANSI）；英国标准(BS);德国标准(DIN)----美国仪表学会（ISA）、美国机械工程师协会(ASME)、美国 石油学会(API)、煤气协会（AGA）----等
         ○3中国国家标准  由中国国家质量技术监督局所颁发的适用于全国标准（GB/T）。
         ○4行业、地方标准  我国国家标准尚未制定，由行业、地方制定的标准。
         ○5企业标准 根据企业研发、生产等的需要制定的标准，仅适用于本企业。确有负责任的企业为确保产品质量，所制定的标准比行业、地方标准还严格。

        3、检定规程   由我国国家质量技术监督局所颁发的适用于全国的计量检定规程(JJG),用于评定仪表、装置。所颁发施行的规程较齐全。这些规程的编制者，可能缺乏生产、应用的经验，有的标准难以实施。如： (JJG835-93，速度—面积法流量装置检定规程)，主要参考了国际标准ISO3966、ISO7145，要求具备30~50D的直管段长度，而速度—面积法主要适用于大管径、大截面，很难提供这样长的直管段。实际上国外在这种情况下，应用的是ISO7194*22。制定规程是为了实施，脱离实际难以实施，就失去了制定的意义。
五、如何选用流量仪表*23
        影响流量仪表的因素较多，原理有10余种，类型不少于200多个。有人对美国现场千余台流量仪表进行了调查，发现其中60%所选择的方法不太合适，即使方法合适，又有约一半以上在安装和布局上有问题，正确选择并非易事。归纳起来选择流量仪表需取决于以下六个因素:
        1、 仪表技术参数。    2、流体特性        3、流动状态       4、安装条件
        5、环境状况           6、经济型（因篇幅有限从略，见附件）
六、感言
        1、理性选型、诚信宣传  科学技术的突飞猛进的发展不断给流量仪表提出了新的要求，流量厂家也为此不断推出各种新原理、新结构的仪表。但至今仍很难找到一种流量仪表那么十全十美可以满足一切要求。任何一种流量仪表都只可能在某个领域中充分发挥其优势，而在其他领域则未必胜任。因此用户在选型时应理性，切勿轻信某一厂商言过其实的宣传；厂商的宣传也应以诚信为本，不要过度炒作，以谋取暴利。
        2、用标准、数据评估仪表  质量优秀的流量仪表，必有标准可遵循。标准是根据大量试验数据，实用经验归纳总结的宝贵财富，不是一朝一夕可炒作出来的。有章可循则产品质量才有保证；但标准的制定需要假以时日，不能因此阻碍仪表的创新，一个新型仪表，在没有标准可遵循的情况下，评估的标准就是在一定资质试验室的测试数据，这比口若悬河的炒作要可信的多。这里要强调的是，在这样的试验室工作的人员（特别是负责人）必须廉洁，不得接受企业的财物和“顾问费”。否则，你出具的数据还能保证公正、可信吗？十分遗憾的是在我国确有其事。
        3、专利产品未必优秀   在我国大力倡导科技创新的背景下，专利的审批门槛日益降低，每年专利数量突飞猛进，质量却徒有虚名。专利只不过说明它不是仿制，而未必一定优秀，不少厂商拉起专利大旗，无非是抬高身价以获暴利而已。用户千万不要为专利产品所迷惑，应深究其优在何处，是否适宜用于你的现场。

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    参考文件

        1、“Flow  Research”网研究报告
        2、“中国工控网“2010年流量仪表市场研究报告。
        3、第15届流量测量国际会议论文集   2010   台北
        4、全国流量测量学术交流会论文集    2010   上海
        5、蔡武昌、孙淮清 等  “流量测量方法和仪表的选用“。化学工业出版社   2004  北京
        6、蔡武昌、应启嘠   “新型流量检测仪表“  化学工业出版社   2006  北京
        7、毛新业  “大管道流量测量仪表“   世界仪表与自动化　2006年10月
        8、ISO7145   “在圆形封闭管道横截面上测一点流速确定流量的方法”  1982
        9、毛新业  《探询插入式流量计的精确度》世界仪表与自动化 2002年10期
        10、毛新业  “节能仪表—均速管流量计”   流程自动化  2005年11期
        11、毛新业 “什么是影响均速管流量计精确度的主要因素” 世界仪表与自动化2004年7月 。
        12、毛新业  “提高火电风量测量准确度、促进节能减排”   火电自动化　2010年1期
        13、毛新业 “环形通道节流装置的应用与发展” 世界仪表与自动化 2006年1期
        14、孙延祚  “从节能降耗要求看推广VNZ流量计的必要性”  工业计量   2005（3）
        15、Emerson  “Technical  Note  1595_Z_01_AA”   July  2004。
        16、毛新业  “流量仪表的准确度与安装直管段” 工业计量  2009年5期
        17、孙淮清  “试论流量仪表标准检测件与非标准检测件的区分” 工业计量  2009年6期。
        18、Casey Hodges  “New differential producing meter—Ideas, implementation,and issues”15th (FLOMEKO 2010) 台北
        19、毛新业   “流场――流量系数的传递平台”　工业计量　2007年　3、4月
        20、蔡武昌  “建立阻力件影响专业流量试验室刍议”  2010年全国流量测量学术交流会论文集    P359~361
        21、法规汇编   “流量计与流量装置”      中国计量出版社   2010.6
        22、ISO7194   圆管中处于漩涡、非对称流动下的速度—面积流量测量方法。
        23、毛新业   “如何选用流量仪表”    传感器    2010年8月   P12~13

        影响流量仪表的因素较多，原理有10余种，类型不少于200多个。有人对美国现场千余台流量仪表进行了调查，发现其中60%所选择的方法不太合适，即使方法合适，又有约一半以上在安装和布局上有问题，正确选择并非易事。归纳起来选择流量仪表取决于以下六个因素：
        1、仪表技术参数
        选择的依据首先是工艺对流量仪表的技术要求，如：
        1）总量、流量
        总量（单位为m3或kg），多用于贸易核算，准确度是首位。
        流量（瞬时量单位为m3/h，kg/h），多用于流程工业是控制系统的信息源头，重复性常是首位。
        2）连续，开关
        一般仪表的输出为连续量，而开关量可用于简单的二位式控制，或设备保护，要求可靠性良好。
        3）准确度
        准确度不仅取决仪表本身，还取决于校验系统，是外加特性。要说明在什么流量范围内的准确度，如用于控制系统还应考虑与整个系统准确度相匹配。
        注意：厂家注明的误差是%Fs（上限）；还是%R（测值）。
        4）重复性
        重复性是指环境条件介质参数不变时，对某一流量值多次测量的一致性，是仪表本身的特征。
        不少厂家把重复性误导为准确度，准确度应由重复性与标定装置的流量不确定度两部分组成。
        5）量程比，在一定准确度范围内，最大与最小流量之比。
        差压式流量仪表，从仪表本身可以有较大量程比，因受二次表制约，一般只有3:1。
        6）压力损失
        流量仪表（除电磁、超声）都有检测件（如孔板、涡轮……），以及强制改变流向（如弯头、科氏）都将产生不可恢复压力损失，它将额外增加了输送的动力，才能维持正常运行，有些仪表永久压缩很可观，在历行节能的今天应引起重视。
        7）输出信号
        一般为标准的模拟信号（0-10V，4~20mA等）已不能适应系统发展要求。
        通讯要求数字信号，Rosemount推出了HART协议，RS232/RS485转换器，RS232限于2Km以内，RS485可达10km。
        8）响应时间
        输出信号随流量参数变化反应的时间，对控制系统来说短越好；对脉动流则希望有较慢的输出响应。
        9）综合性能
        仪表的性能指标是相互制约的，如样本中压力上限为2mpa；温度为250℃，口径为1m；则当口径为1m时，压力可能只能为1.5mpa，温度只能是200℃，不可能同为极限值。

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    2、流体特性
        1）流体类型：液体、气体，还是蒸汽，有些仪表如电磁不能测电导率太低的流体；插入热式则不能测液体。
        2）温度、压力、密度，是选择仪表提供的重要参数，特别是在工况下的参数，对于气体流量还应了解其体积流量是工作状态、还是标准状态。
        3）粘性：液体粘性相差较大会影响选型，如粘性大的液体宜用容积式流量计，而不宜选用涡轮、浮子、涡街等流量计。
        4）腐蚀、结垢、脏污：这类流体，不宜选用有转动件及有检测件的仪表。即使对于超声、电磁这种流量计，也会因腐蚀管道带来误差。如口径50mm，结垢0.5~1mm，将带来0.5~1%的误差。
        5）特殊参数：某些流体参数会影响仪表的工作，如压缩性系数影响差压式；比热及热传导系数影响热式；电导率影响电磁；声速影响超声。
        6）单、多相
        相是指在一个系统中具有相同的物理、化学性质的物质，不同的相有较明显的界面，通常工业中大多为单相，随着工业的发展出现了多相流（气固、气液、液固或气固液）等的流量测量问题。
        3、流动的状态
        与许多物理参数（如压力、温度、物位、成分）不同的是流量必须以流体流动为前提，没有流动就不存在流量。
        1）满管、非满管。一般流体均应充满管道，但当液体流量较小，管道又处于水平时，则可能出现非满管流动，大多数流量仪表都无法解决，目前电磁已有非满管流量计型号。
        2）层流、紊流。反映流体在管道中流动的状态，影响流量系数的大小，当Re＜2320时为层流，仅有很少情况如流体粘性大，管道小，流速低才会出现层流，工业中多为紊流。
        3）封闭、明渠。流程工业中多为封闭管道。
        4）充分发展紊流。流量仪表多为速度型，即管内流速分布影响流量系数，所以要求流量仪表应安装在一种特定的充分发展紊流中。只要仪表前具有30倍管径长度即可取得。
        5）脉动流，流体中任一参数（流速、温度、压力、密度）随时间变化的流动，易产生误差，应附加设备去掉脉动流准确进行测量。
        4、安装
        流量仪表常由于安装不当无法正常工作，如方向装反、流速分布不理想，引压管中出现二相，环境恶劣，缺少必要的附件……
        1）管道的布局。有些仪表如浮子式只能安装在垂直管道上；而有些为避免流体的重力只能装在水平管道上；而流体中含有固体颗粒又不宜安装在水平管道上。
        2）流向。流量仪表中绝大多数不能反向安装。
        3）直管段长度。除浮子、容积、科氏外，都要求仪表前后有较长的直管段，以节流装置及测点速的插入式仪表要求最高（达30~50D）。
        4）管径。不少流量仪表管径范围较窄，限制了选用，可采用变径管弥补，但要注意变径后仍应处于仪表的正常工作范围，应避免流速过小，输出太弱；流速过高、强度受损的情况。
        5）维护空间。应具有必要的装卸、维护空间。
        6）配件。针对某一仪表，应考虑安装必要的配件，如流动调整器、过滤器、气体分离器、阻尼器……等等。
        5、环境
        流量仪表应避免安装在以下环境。
        1）高温。流量仪表的检测部分无法避开，则应使变送器部分远离高温区。
        2）振动。在压缩机、定排量泵、振荡伐门后，不能安装涡街、漩进、科氏等流量计。
        3）粉尘。仪表的变送器应远离或加防护罩。
        4）腐蚀。潮湿，如无法避闭应选用耐蚀材料做仪表壳体。
        5）防爆易燃。应增加仪表的防爆安全事故，采用气密性外壳及降低电源电压。
        6）电磁干扰：仪表在强电磁干扰附近应加装防护罩，以屏蔽电磁干扰。
处于恶劣工作环境，流量仪表的检测仪表难以回避，而二次表（变送器）则不然，此时不宜用一体化仪表。
        6、经济性
        1）初始购置费。开始与厂商接触时，应注意：①理性对待厂商所宣传的技术指标；②根据需求选用，不要盲目追求高指标。③要注意仪表的制造材料。
        2）安装。管径大特别要注意安装中的附加问题，如是否为便于维修加装旁路管道；必要的配件，如过滤器、流动调整器……
        3）维修、配件。有些仪表的检测件，转动件易于磨损，腐蚀（如涡轮、容积、孔板）维修量不小。
        4）校验。有些仪表工作一段时间后，因腐蚀、磨损，准确度会下降，如用于贸易核算，应定期校验。
        5）运行费。流量仪表一般均有永久压损，因此会带来额外的运行费，特别是管径较大时，其年运行费可能数倍于购置费。
        6）误差的损失。如用于贸易核算，特别是较贵重的能源、化工原料，应选用精确度高的仪表，否则因误差造成的经济损失，将数倍于购置费。
        7、小结
        流量仪表的选择，可根据以上六类影响因素，选择大致可按以下程序：

        满足同一工艺要求的流量仪表可能不止一种，可以同时做几套方案进行比较。

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