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如何指導用戶正确選擇流量測量儀表的傳感器類型 [2015/4/16]

   儀器儀表的從業人員都知道,對于流量測量儀表影響流量傳感器的因素很多,流量測量的原理各不相同,目前在用的儀表液位計物位計物位變送器液位變送器電容式物位計電容式液位計電容式物位變送器電容式液位變送器物位開關液位開關電容液位計電容物位計液位儀表物位儀表電容液位變送器電容物位變送器射頻電容式液位開關射頻電容式物位開關電容式液位開關電容式物位開關音叉式液位開關類型中,其基本原理有十餘種,比如運用電磁感應原理制成的智能電磁流量計,運用超聲波流量計研制的超聲波流量計等等,其類型不少于200種,有人對國内現場千餘台流量傳感器進行過相關的調查分析,總結統計下來,發現其中60%所選擇的方法并不合适,并且即使選擇的方法合适,又有大約半數以上的儀表産品在安裝和布局上存在問題。對于流量計的如何做到正确選擇,并非一件容易的事情。總體歸納下來,正确選擇流量傳感器取決于以下六個因素:傳感器技術參數、流體特性、流動的狀态、安裝、環境、經濟性。這六個因素是決定流量儀表能否正确工作或都是否以理想狀态運運的前提條件。
    一、傳感器技術參數傳感器技術參數是衡量一個儀表最重要因素,這些技術參數應該是在儀表設計之初便被确定,并且通過生産和工藝的後續環節予以落實的,其中總量、流量總量(單位為m3或kg),多用于貿易核算,準确度居于首位。流量(瞬時量單位為m3/h,kg/h),多用于流程工業,是控制系統的信息源頭,重複性是首位。
    連續,開關一般流量傳感器的輸出為連續量,而開關量可用于簡單的二位式控制或設備保護,要求可靠性良好。
    準确度準确度不僅取決傳感器本身,還取決于校驗系統,是外加特性。要說明在什麼流量範圍内的準确度,如果用于控制系統,還應考慮與整個系統準确度相匹配。注意:廠家注明的誤差是%Fs(上限);還是%RD(測值)。
    重複性重複性是指環境條件介質參數不變時,對某一流量值多次測量的一緻性,是傳感器本身的特征。在流程工業控制系統中,重複性往往比準确度還重要。不少廠家把重複性誤導為準确度,準确度應包括重複性與标定裝置的流量不确定度。
    量程比在一定準确度範圍内,最大與最小流量之比。差壓式流量傳感器,從傳感器本身可以有較大量程比,但受二次表制約,一般隻有3:1.
    壓力損失流量傳感器(除電磁、超聲)都有檢測件(如孔闆、渦輪等),以及強制改變流向(如彎頭、科氏)都将産生不可恢複壓力損失,它将額外增加輸送的動力,才能維持正常運,有些數額很大,在提倡節能的今天應引起重視。
    輸出信号一般為标準的模拟信号(0~10V,4~20mA等)已不能适應系統發展要求。通訊要求數字信号,Rosemount推出了HART協議,RS232/RS485轉換器,RS232限于2Km以内,RS485可達10Km.
    響應時間輸出信号随流量參數變化反應的時間,對控制系統來說,越短越好;對脈動流,則希望有較慢的輸出響應。
    綜合性能傳感器的性能指标是相互制約的,如樣本中壓力上限為2mpa;溫度為250℃,口徑為1m;則當口徑為1m時,壓力可能隻能為1.5mpa,溫度隻能是200℃,不可能同為極限值。
    二、流體特性流體類型流體分為液體、氣體、蒸汽。有些傳感器(如電磁式)不能測氣體;插入熱式則不能測液體。比如智能電磁流量計就不能夠勝任測量氣體的流量的測量。
    溫度、壓力、密度它們是選擇傳感器提供的重要參數,特别是在工況下的參數,對于氣體流量還應了解其體積流量是工作狀态,還是标準狀态。
    粘性液體粘性相差較大會影響選型,如粘性大的液體宜用容積式流量傳感器,而不宜選用渦輪、浮子、渦街等流量傳感器。
    腐蝕、結垢、髒污對于這類流體,不宜選用有轉動件及有檢測件的傳感器。即使對于超聲、電磁式流量傳感器,也會因腐蝕管道帶來誤差。如口徑50mm,結垢0.5~1mm,将帶來0.5~1%的誤差。
    特殊參數某些流體參數會影響傳感器的工作,如壓縮性系數影響差壓式;比熱及熱傳導系數影響熱式;電導率影響電磁;聲速影響超聲。
    單相、多相相是指在一個系統中具有相同的物理、化學性質的物質,不同的相有較明顯的界面,通常工業中大多為單相,随着工業的發展出現了多相流(氣固、氣液、液固或氣固液)等的流量測量問題。
    三、流動的狀态與許多物理參數(如壓力、溫度、物位、成分)不同的是,流量必須以流體流動為前提,沒有流動就不存在流量。
    滿管、非滿管一般流體均應充滿管道,在實際工作中,比如智能電磁流量計的使用與選型,我們一般都要求用戶液體滿管的流體參數,因為不滿管的狀态将會導緻數據嚴重失準。
    但當液體流量較小,管道又處于水平時,則可能出現非滿管流動,目前已有非滿管流量傳感器。
    層流、紊流反映流體在管道中流動的狀态,影響流量系數的大小,當Re<2320時為層流,僅有很少情況,如流體粘性大,管道小,流速低,才會出現層流。工業中多為紊流。
    封閉、明渠工業中多為封閉管道,明渠僅用于液體的排放。
    充分發展紊流流量傳感器多為速度型,即管内流速分布影響流量系數,所以要求流量傳感器應安裝在一種特定的充分發展紊流中。隻要傳感器前具有30倍直徑長度即可取得。
    脈動流流體中任一參數(流速、溫度、壓力、密度)随時間變化的流動,易産生誤差,應附加設備去掉脈動流,準确進行測量。
    四、安裝及環境流量傳感器常由于安裝不當而無法正常工作,如:方向裝反,流速分布不理想,引壓管中出現二相,環境惡劣,缺少必要的附件等。
    管道的布局有些傳感器(如浮子式)隻能安裝在垂直管道上;而有些為避免流體的重力隻能裝在水平管道上;而如果流體中含有固體顆粒,傳感器又不宜安裝在水平管道上。
    流向流量傳感器中絕大多數不能反向安裝。
    直管段長度除浮子、容積、科氏外,都要求傳感器前後有較長的直管段,以節流裝置及測點速的插入式傳感器要求最高(達30~50D)。
    管徑不少流量傳感器管徑範圍較窄,限制了選用,可采用變徑管彌補,但要注意變徑後仍應處于傳感器的正常工作範圍,應避免流速過小,輸出太弱;流速過高、強度受損的情況。
    維護空間應具有必要的裝卸、維護空間。
    配件針對某一傳感器,應考慮安裝必要的配件,如流動調整器、過濾器、氣體分離器、阻尼器等。
    流量傳感器應避免安裝在高溫、振動、粉塵、腐蝕、潮濕、易爆易燃、有電磁幹擾的環境中。
    五、經濟性初始購置費開始與廠商接觸時,應注意:理性對待廠商所宣傳的技術指标;根據需求選用,不要盲目選用高指标;注意傳感器的制造材料。
    安裝管徑大,特别要注意安裝中的附加問題,如是否為方便維修而加裝旁路管道、必要的配件等(如過濾器、流動調整器)。
    維修、配件有些傳感器的檢測件,轉動件易于磨損,腐蝕(如渦輪、容積、孔闆),維修量不小。
    校驗有些傳感器工作一段時間後,因腐蝕、磨損,準确度會下降,如用于貿易核算,應定期校驗。
    運行費流量傳感器一般均有永久壓損,因此會帶來額外的運行費,特别是管徑較大時,其年運行費可能數倍于購置費。
    誤差的損失如用于貿易核算,特别是較貴重的能源、化工原料,應選用精确度高的傳感器,否則因誤差造成的經濟損失,将數倍于購置費。
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