用二次儀表提高渦街流量計(jì)在過熱蒸汽計(jì)量中的準(zhǔn)確度

王 強(qiáng)/宜興市計(jì)量檢定測(cè)試所

0 引言

近年來，渦街流量計(jì)開始步入過熱蒸汽流量測(cè)量領(lǐng)域，并取得了一些令人滿意的效果。渦街流量計(jì)發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣是不少流量計(jì)所不及的。究其原因，還是由其自身特點(diǎn)所決定的。渦街流量計(jì)不存在零位漂移，無可動(dòng)部件，高可靠性，量程范圍較寬，測(cè)量準(zhǔn)確度高，壓力損失小[1]（僅為節(jié)流式差壓流量計(jì)的1/4～1/2）。將渦街流量計(jì)應(yīng)用到過熱蒸汽計(jì)量中，可充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因此，處理好現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中影響渦街流量計(jì)準(zhǔn)確度的因素，渦街流量計(jì)是一種非常有前途、準(zhǔn)確可靠的過熱蒸汽計(jì)量方式。影響渦街流量計(jì)在過熱蒸汽計(jì)量中準(zhǔn)確度的因素較多，本文從二次儀表的角度給出了相應(yīng)改進(jìn)措施和修正方法。

1 二次儀表輸入信號(hào)選擇

渦街流量傳感器的常用輸出信號(hào)（即二次儀表的輸入信號(hào)）形式為脈沖信號(hào)或4～20 mA直流電流信號(hào)，現(xiàn)在市場(chǎng)上的渦街流量計(jì)已有同時(shí)輸出脈沖信號(hào)或者4～20 mA直流電流信號(hào)的產(chǎn)品，兩種信號(hào)輸出各有其優(yōu)劣。頻率信號(hào)為傳感器產(chǎn)生的原始信號(hào)，但在傳輸過程中易受到干擾，特別是現(xiàn)場(chǎng)有振動(dòng)源、大功率電氣設(shè)備[2]等干擾源存在的情形尤其要引起注意，部分渦街流量計(jì)在不通流的情況下仍然出現(xiàn)流量示值，或者工況穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)流量示值突然增大，正是由干擾源引起的；電流信號(hào)在傳輸過程中不易受到干擾，但由于電流信號(hào)要通過F/I頻率電流轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換而來，而這一過程中至少要損失0.02%的準(zhǔn)確度。所以選型時(shí)應(yīng)該充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件，選擇合理的儀表。

2 壓力測(cè)量校準(zhǔn)

在壓力變送器滿足準(zhǔn)確度等級(jí)的前提下，壓力測(cè)量的可靠性主要受引壓管設(shè)置的影響。一般情況下，供熱單位在鋪設(shè)管路和安裝儀表的時(shí)候，為了更方便地校驗(yàn)和維修儀表，壓力變送器安裝位置與管道取壓口往往不在同一高度，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用，使壓力變送器測(cè)得的壓力值和蒸汽的實(shí)際壓力值之間會(huì)有偏差。以壓力變送器在取壓口的下方2 m為例，假定引壓管內(nèi)冷凝水高度為1 m，則壓力變送器示值會(huì)偏高9.8 kPa。以實(shí)際壓力為0.5 MPa，溫度為170℃的過熱蒸汽為例，壓力示值偏高導(dǎo)致的二次儀表查表計(jì)算得到的密度值比真實(shí)密度值偏高2.04%，導(dǎo)致質(zhì)量流量相應(yīng)也偏高。對(duì)引壓管內(nèi)冷凝液影響的校準(zhǔn)，最方便的方法是在智能二次儀表中，將壓力量程設(shè)置為- 9.8 ～ 1 590.2 kPa（壓力變送器量程為0～1.6 MPa）即可，既省力省時(shí)、又準(zhǔn)確方便。當(dāng)然要準(zhǔn)確對(duì)壓力測(cè)量校準(zhǔn)，需要對(duì)管道特別是引壓管路進(jìn)行充分保溫，然后在穩(wěn)定工況下，使用同一只壓力變送器在安裝位置A和校準(zhǔn)位置A′分別進(jìn)行測(cè)量，A處壓力值減去A′壓力值即可獲得冷凝水的重力作用引起的壓力偏差，如圖1所示。

3 高溫蒸汽對(duì)儀表系數(shù)的影響

渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)（個(gè)脈沖/m3）一般是在實(shí)驗(yàn)室的常溫空氣中標(biāo)定得到的，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)渦街傳感器處于高溫蒸汽介質(zhì)中，測(cè)量管內(nèi)徑和發(fā)生體的寬度都會(huì)由于熱膨脹而改變尺寸[3]，進(jìn)而影響渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)，所以應(yīng)對(duì)儀表系數(shù)進(jìn)行修正，依據(jù)傳感器和測(cè)量管材質(zhì)的不同，可參考生產(chǎn)廠家提供的儀表系數(shù)隨流體溫度變化的關(guān)系式，并將其置入二次積算儀表中。例如：國(guó)內(nèi)某廠家給出的關(guān)系式為Kt= [1-4.8×10-5(t-t0)]Km，Kt：蒸汽溫度為t時(shí)的儀表系數(shù)；t0：儀表標(biāo)定時(shí)的介質(zhì)溫度，可參考相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告；Km：實(shí)驗(yàn)室條件下標(biāo)定得到的儀表系數(shù)。如果現(xiàn)場(chǎng)溫度工況穩(wěn)定，接近于定溫，也可直接將計(jì)算得到的新儀表系數(shù)Kt置入二次積算儀表，這對(duì)于無法通過編程方式置入上述關(guān)系式的二次積算儀表也更為方便。如果不進(jìn)行儀表系數(shù)修正，以170 ℃的過熱蒸汽為例，假定渦街流量傳感器是在20 ℃的空氣環(huán)境中標(biāo)定的，按照上述關(guān)系計(jì)算，由于受熱膨脹將使儀表系數(shù)偏移-0.72%，如果仍按照標(biāo)定時(shí)的儀表系數(shù)（比使用現(xiàn)場(chǎng)的儀表系數(shù)大）進(jìn)行積算，將使積算值偏低，并且蒸汽的溫度越高，偏低量也越大。由此可見，不對(duì)儀表系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)帶來的偏差還是相當(dāng)可觀的。

圖1 壓力測(cè)量校正示意圖

4 儀表系數(shù)非線性校準(zhǔn)

一般情況下，渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下校準(zhǔn)得到的單一值，該值是Qmax、0.4Qmax、0.2Qmax（Qmax：最大流量值）三個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)中最大值與最小值平均之后得出的，對(duì)于線性度不好的渦街流量計(jì)，當(dāng)流量波動(dòng)偏離儀表系數(shù)中間值對(duì)應(yīng)的流量點(diǎn)時(shí)，將不可避免地產(chǎn)生誤差。特別是對(duì)于大流量貿(mào)易結(jié)算，百分之一的誤差就可能引起巨大的貿(mào)易差額，因此為了維護(hù)供需雙方的公平利益，需要有更高準(zhǔn)確度的計(jì)量等級(jí)，建議配置帶儀表系數(shù)非線性校準(zhǔn)的智能二次儀表，目前國(guó)內(nèi)已有廠家在使用六點(diǎn)、五段非線性修正儀表系數(shù)校正方法。主要原理是將實(shí)驗(yàn)室條件下標(biāo)定得到的多個(gè)流量點(diǎn)（個(gè)數(shù)由儀表的線性度來決定，一般來說，線性度差的儀表個(gè)數(shù)要多一點(diǎn)，反之則可相應(yīng)減少）的儀表系數(shù)及各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值置入智能流量積算儀中，這樣就能獲得比單一儀表系數(shù)更高的測(cè)量準(zhǔn)確度，而且各個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)確度都能得到相應(yīng)提高，不失為一種提高測(cè)量準(zhǔn)確度的好辦法。

5 結(jié)語

影響渦街流量計(jì)在過熱蒸汽計(jì)量中準(zhǔn)確度的因素還有很多，包括日常維護(hù)保養(yǎng)、定期校驗(yàn)比對(duì)等等，本文僅從二次儀表的角度，分析了主要幾個(gè)因素?？傊?，要提高渦街流量計(jì)在過熱蒸汽計(jì)量中的準(zhǔn)確度，選擇一臺(tái)智能、可編程的二次儀表是必不可少的，并用二次儀表對(duì)實(shí)際測(cè)量進(jìn)行相應(yīng)的修正，消除影響渦街流量計(jì)在過熱蒸汽計(jì)量中準(zhǔn)確度的不利因素，真正用好二次儀表。

[1]蔡武昌, 孫淮清, 紀(jì)綱. 流量測(cè)量方法和儀表的選用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]姜仲霞, 姜川濤, 劉桂芳. 渦街流量計(jì)[M]. 北京：中國(guó)石化出版社，2005.

[3]紀(jì)綱. 流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)用技巧[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.