插入式渦街流量計(jì)比對(duì)方法探討

摘要  簡單介紹了插入式渦街流量計(jì)的構(gòu)成及點(diǎn)流速計(jì)型的插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定方法。簡單分析了用水泵流量比對(duì)，便攜式超流量計(jì)比對(duì)方法的缺點(diǎn)，提出了插入式渦街流量計(jì)的標(biāo)定修正比對(duì)的快速查表法，實(shí)例證明該方法是有效可行的。
關(guān)鍵詞   插入式渦街流量計(jì)   比對(duì)   標(biāo)定修正比對(duì)法
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，目前我公司的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、插入結(jié)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：
                                     （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)流速計(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)流量計(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)K。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)K的計(jì)算修正公式為：
                                         （2）
式中：K0為測量頭的儀表系數(shù)，1/m3； 為速度分布系數(shù)； 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)測量進(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力－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，而大部分情況下實(shí)際流量與額定流量，而大部分情況下實(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)確是否的依據(jù)。但是日常運(yùn)行時(shí)可以進(jìn)行互相參照，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)的流動(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，我們曾嘗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，最有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，其最大工作口徑為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)到最佳使用狀態(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)刻是唯一確定的，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 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 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。

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表1  不同口徑A、 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
	1.000	1.021	1.033	1.041	1.047	1.052	1.055	1.058

表2   比速查表

D/mm
	0.3	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
300 400 500 600 700 800 900 1000	1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.008 1.008 1.008	1.000 1.000 1.008 1.008 1.008 1.008 1.008 1.008	1.000 1.000 1.000 1.016 1.016 1.016 1.016 1.022	1.000 1.016 1.016 1.016 1.022 1.022 1.026 1.028	1.000 1.000 1.006 1.006 1.010 1.011 1.015 1.015	1.000 1.006 1.006 1.011 1.015 1.015 1.015 1.019	1.000 1.006 1.011 1.015 1.015 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管徑條件下的 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、儀表與關(guān)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，廠房計(jì)算給出儀表最大流量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900mm條件下與在300mm管徑條件下的 （比儀表常用流量計(jì)算）、 、A的比值分別為1.016，1.055，9.000，計(jì)算修正出儀表在900mm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＝41.2Hz時(shí)的儀表實(shí)際最大流量Qmax＝7050m3/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)算誤差約為0.5％左右，能夠滿足現(xiàn)場的測量需要。
另外，儀表安裝道現(xiàn)場后，可根據(jù)實(shí)際情況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)到最佳運(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)，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。

這個(gè)方法只是相關(guān)的研究吧？

還沒有被國家有關(guān)部門認(rèn)可吧？

期待在線鑒定的方法早點(diǎn)出來！