李安順

（中國(guó)鋁業(yè)公司中州分公司計(jì)控室，河南 焦作 454174）

由于氧化鋁行業(yè)工業(yè)用水多為不間斷供水，工業(yè)水計(jì)量多采用儀表對(duì)比方式來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

一、各種流量?jī)x表的特點(diǎn)和使用范圍選擇

1.節(jié)流差壓式

文丘里管流量計(jì)在水行業(yè)多用于交接計(jì)量，也有用于流量控制；孔板流量計(jì)常用作中小管徑流量測(cè)量。節(jié)流差壓儀表（特別是孔板）壓損較大，泵送能耗在各類儀表中較大，其主要優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，毋須實(shí)流校準(zhǔn)。此類儀表測(cè)量精度中等，為±(1～2)%，目前的儀表經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理，范圍度可擴(kuò)展到(8～12)∶1，經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)后精確度可達(dá)±0.5%FS。節(jié)流差壓流量?jī)x表價(jià)格相對(duì)低廉，DN1000以上碳鋼文丘里流量計(jì)價(jià)格約為同口徑電磁流量計(jì)的60%～70%。

2.電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體的體積流量計(jì)，測(cè)量精確度±(1～2)%R，范圍度(20～50)∶1，直管段要求較低，無(wú)阻力壓頭損失，但要實(shí)流校準(zhǔn)。儀表滿度流量可由用戶在流速0.5～10m/s范圍內(nèi)自行設(shè)定。此類儀表價(jià)格較高，但近年由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，價(jià)格降幅較大。

3.超聲流量計(jì)

供水測(cè)量較多采用時(shí)間法超生波流量計(jì)，多普勒法超聲流量計(jì)用的較少，因它只適用含異相（顆粒、氣泡）液體。超聲波流量計(jì)在企業(yè)供水應(yīng)用分為移動(dòng)測(cè)量和固定點(diǎn)測(cè)量?jī)纱箢?。移?dòng)測(cè)量方式，換能器臨時(shí)夾裝在待測(cè)管道外壁，所用儀表常稱作便攜式超聲波流量計(jì)，用作臨時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)某些接點(diǎn)流動(dòng)狀況，有時(shí)也用作與已裝用其他流量計(jì)核對(duì)流量準(zhǔn)確性的參照流量計(jì)。移動(dòng)測(cè)量用超聲波流量計(jì)通常為單聲道。

固定測(cè)量雖也可采用外夾換能器方式，但其可靠性差，交接核算計(jì)量不宜采用，推薦用固定安裝換能器方式。后者又分為現(xiàn)場(chǎng)安裝式、內(nèi)裝式和管道打孔焊接換能器座的插入式以及帶測(cè)量管段式。

使用單聲道超聲波流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意流速分布變化的影響，避開流態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)。傳播時(shí)間法所測(cè)量的是聲程線平均流速Vb，而需要的是流通面積的面平均流速Va，兩者之間的系數(shù)K(Vb/Va)在層流時(shí)為常數(shù)，流速增加從層流轉(zhuǎn)向紊流，K從0.75增加到0.93，成為流態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)渡區(qū)，轉(zhuǎn)換是隨即性的，很不穩(wěn)定，雷諾數(shù)Re超過(guò)4 000，K隨著Re增加而增加，Re從104增加到106，K從0.93增加到0.95，變化約為2%。若儀表沒(méi)有流速變化補(bǔ)償功能，就會(huì)影響測(cè)量精確度。使用時(shí)避開Re=2 300～4 000的過(guò)渡區(qū)，如以D300mm管測(cè)量常溫水，流速應(yīng)大于0.016m/s才能使Re大于4 000。

單聲道儀表因流速分布影響大，精確度低；多聲道儀表在測(cè)量管截面不同位置多處掃描流通空間測(cè)量聲速，減少了流速分布影響，具有較高精確度，通常用于中大口徑。

超聲波流量計(jì)測(cè)量精確度以移動(dòng)測(cè)量方式為最低，以帶測(cè)量管段最高，如表1所示，不同聲道測(cè)量基本誤差例見表2。

表1 超聲波流量計(jì)移動(dòng)測(cè)量和固定測(cè)量精確度比較

表2 超聲波流量計(jì)不同聲道基本誤差例

4.插入式流量計(jì)

插入式流量計(jì)分為徑流速插入流量計(jì)和點(diǎn)流速插入流量計(jì)，在企業(yè)供水測(cè)量中多采用點(diǎn)流速法。徑流速儀表插入于直徑位置，點(diǎn)流速儀表插入管中心軸或平均流速點(diǎn)，實(shí)際上平均流速點(diǎn)并不固定，隨流速變化而游移，實(shí)際應(yīng)用通常插入在離管壁0.233R處。插入平均流速點(diǎn)適用于大管徑，但插入深度偏離對(duì)測(cè)量值影響大；插入管中心處，適用于中小管徑，插入深度偏離影響小。

點(diǎn)流速插入式流量計(jì)的流速檢測(cè)頭要依靠流量校驗(yàn)裝置實(shí)流校準(zhǔn)，求得檢測(cè)頭的儀表系數(shù)，再乘上流通面積、速度分布系數(shù)α、阻塞系數(shù)β、干擾系數(shù)γ求得流量。流速分布系數(shù)α是管道平均流速與所測(cè)局部流速的比值，它是管道雷諾數(shù)和管壁相對(duì)粗糙的函數(shù)；阻塞系數(shù)β系修正由于插入桿、插入機(jī)構(gòu)和測(cè)量頭引起的流通面積減少及流速分布畸變所產(chǎn)生影響的系數(shù)；干擾系數(shù)γ系檢測(cè)頭所處管段前后阻流件之間直管段長(zhǎng)度不足所引起的儀表系數(shù)變化的修正系數(shù)。

插入式流量計(jì)由于安裝的特點(diǎn)，不宜應(yīng)用于交接計(jì)量。有些國(guó)家規(guī)定不得用于插入式流量計(jì)作貿(mào)易納稅計(jì)量。

插入式流量計(jì)的特點(diǎn)：（1）可不斷流取出檢查、維護(hù)、更換;（2）重量輕、價(jià)格便宜;（3）流速分布影響大，前直管段要求長(zhǎng);（4）測(cè)量精確度低，±（2.0～3）%FS，不能以測(cè)量頭的精確度作為實(shí)際測(cè)量精確度，要評(píng)估各種誤差源，如流通面積測(cè)量誤差、流速分布系數(shù)變化影響等。

各類儀表在兩大應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性如表3所示，簡(jiǎn)要性能比較如表4所示。

表3

表4

二、各類流量?jī)x表的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用比對(duì)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比是在現(xiàn)場(chǎng)規(guī)定條件下用相同（或相近）精度等級(jí)儀表對(duì)量值進(jìn)行，是沒(méi)有計(jì)量法定性質(zhì)的操作。

流量?jī)x表流量值按規(guī)定必須定期檢檢查，其檢查方法通常有離線檢查和現(xiàn)場(chǎng)在線檢查兩種。根據(jù)氧化鋁行業(yè)工藝特點(diǎn)，采用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比或間接檢驗(yàn)的方法，是將驗(yàn)證或評(píng)估流量?jī)x表的流量測(cè)量值保持在原始校準(zhǔn)精度等級(jí)范圍內(nèi)作為繼續(xù)使用的依據(jù)，現(xiàn)歸納如下四種比對(duì)方法。

1.清水池容積法

清水池容積法比對(duì)流量是供水行業(yè)經(jīng)常采用的傳統(tǒng)方法，利用供水廠現(xiàn)成的大容積清水池的有利條件，可獲得較高的比對(duì)精確度。中國(guó)鋁業(yè)公司中州分公司生產(chǎn)、生活供水共有四個(gè)供水口，目前共有五個(gè)積水池。經(jīng)過(guò)丈量水池可獲得±0.2%的體積不確定度；運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間（幾小時(shí)以上），使進(jìn)水池水位差超過(guò)1m，以減少各類操作誤差的影響。在這樣的操作條件下，清水池比對(duì)法總不確定度可為±（0.5～1）%。

2.超聲流量計(jì)法

利用便攜式外夾換能器超聲流量計(jì)比對(duì)流量在供水行業(yè)較為普遍，該法可獲得中等比對(duì)精確度，但采用該法時(shí)應(yīng)評(píng)估安裝于現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)超聲流量計(jì)所組成測(cè)量系統(tǒng)的不確定度。通常所稱便攜式超聲波流量計(jì)的精確度實(shí)際上是所測(cè)流速的精確度，便攜式超聲波流量計(jì)對(duì)比法的總不確定度在（2～5）%之間，若丈量幾何尺寸粗糙或無(wú)法獲悉確切流通面積，系統(tǒng)的不確定度超過(guò)5%。

3.串聯(lián)管段式流量計(jì)法

用兩臺(tái)測(cè)量精度為±0.2%的電磁流量計(jì)接入標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管道中，發(fā)送和接收雙方儀表測(cè)量精確度出現(xiàn)不同時(shí)，可分別臨時(shí)串聯(lián)接入同口徑或異口徑的各種流量?jī)x表進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行比對(duì)，相差僅在±（0.1～0.2）%。若兩表測(cè)量值相差出現(xiàn)異常，可分步送檢。

三、應(yīng)用趨勢(shì)

（1）新裝核算交接計(jì)量用儀表應(yīng)以電磁式為主，超聲流量計(jì)應(yīng)用將逐步擴(kuò)展，差壓式仍將有一定的應(yīng)用領(lǐng)域。

（2）超聲流量計(jì)在工業(yè)大管徑應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂休^大發(fā)展空間，特別是管徑超過(guò)800～3 000mm。

（3）差壓式儀表在工業(yè)供水應(yīng)用將有所回升。

（4）終端用戶中小口徑總量計(jì)量?jī)x表仍以機(jī)械式水表為主，但低價(jià)位的電磁水表將進(jìn)入這一領(lǐng)域。

[1]劉常滿.常用熱工參數(shù)手冊(cè)[M].中國(guó)計(jì)量出版社.