流量測量儀器的意義

流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)和量的互變規(guī)律是事物聯(lián)系與發(fā)展的基本規(guī)律，因此，其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡是需要掌握流體流動(dòng)的地方都有流量測量的問題。
    工業(yè)生產(chǎn)過程是流量測量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為
過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制。對流體流量進(jìn)行正卻測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。在整個(gè)過程檢測儀表中，流量儀表的產(chǎn)值約占1/5～1/4。
在能源計(jì)量中，使用了大量的流量計(jì)，例如石油工業(yè)，從石油開采、儲(chǔ)運(yùn)、煉制直到貿(mào)易銷售，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開流量計(jì)。
    在天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計(jì)量引起了人們的特別關(guān)注，因?yàn)樵谔烊粴獾牟杉⑻幚�、�?chǔ)存、運(yùn)輸和分配過程中，需要數(shù)以百萬計(jì)的流量計(jì)，其中有些流量計(jì)涉及到的結(jié)算金額數(shù)字巨大，對測量準(zhǔn)確度和可靠性要求特別高。除此之外，在煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)�、水的�?jì)量中，也要使用大量的流量計(jì)，其中很大一部分用于貿(mào)易結(jié)算，計(jì)量準(zhǔn)確度需滿足國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這對流量測量提出了很高的要求。
能源計(jì)量用流量計(jì)往往跟企業(yè)的效益有直接的聯(lián)系，是進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，進(jìn)行能源的科學(xué)管理、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。
    在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，流量測量儀表也扮演著重要角色。人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴荆仨殞ξ廴敬髿獾臒煔庖约捌渌麥厥覛怏w排放量進(jìn)行監(jiān)測；廢液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人們必須對廢液和污水進(jìn)行處理，對排放量進(jìn)行控制。于是數(shù)以百萬計(jì)的煙氣排放點(diǎn)和污水排放口都成了流量測量對象。
    廢氣和污水流量的測量具有較高的難度。其中煙氣的難度在于臟污，含塵，有腐蝕性，流速范圍寬廣，流通截面不規(guī)則，直管段長度難以保證；而污水的難度在于介質(zhì)臟污、壓頭低、口徑大、流通截面特殊和非滿管。
    在科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，種類繁多的流量計(jì)提供了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這一領(lǐng)域中使用的流量計(jì)特殊性更多，其中流體的高溫、高壓、高黏度以及變組分、脈動(dòng)流和微小流量等都是經(jīng)常要面對的測量對象。除了上述的應(yīng)用領(lǐng)域之外，流量計(jì)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、水利建設(shè)、生物工程、管道輸送、航天航空、軍事領(lǐng)域等也都有廣泛的應(yīng)用.流量測量技術(shù)和儀表類型繁多，測量對象復(fù)雜多樣，決定了流量測量儀表在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性。它與傳統(tǒng)意義上度量衡計(jì)量器具的應(yīng)用有很大差別，它不是簡單地將流量計(jì)安裝好，開表投運(yùn)就一定能達(dá)到測量目的。曾經(jīng)有兩位專家對現(xiàn)場裝用著地千余臺(tái)流量儀表進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)約有60％所選擇地測量方法不是最合適或不正確，其余地40％中，約有一半雖然測量方法合適，卻存在現(xiàn)場布置和安裝地不合理現(xiàn)象，這些不合適、不正確和不合理，帶來了相應(yīng)地測量誤差。因此流量測量是一種強(qiáng)烈依賴于使用條件地測量，在實(shí)驗(yàn)室，流量計(jì)可以得到極高地精確度，但是在使用現(xiàn)場，一旦流體條件或環(huán)境條件有大的變化，不僅精確度無法保證,甚至無法進(jìn)行正常測量。一臺(tái)流量計(jì)出廠校驗(yàn)其誤差優(yōu)于±0.5%,但是新的儀表安裝到現(xiàn)場開表后誤差可能增至±5％～±10％并不罕見。造成這種情況的原因多種多樣，如選型不合理，量程不合適，上下游直管段長度不足，安裝不正確，流體物性偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)太大，工況條件超過允許值，脈動(dòng)流影響，振動(dòng)等環(huán)境條件太嚴(yán)酷等，還可以舉出很多。因此流量測量是一個(gè)系統(tǒng)問題，包括檢測裝置、顯示裝置、前后直管段、輔助設(shè)備。而應(yīng)用技術(shù)的研究，還包括測量對象本身，僅僅流量計(jì)本體性能好并不能保證獲得要求的測量效果。
流量測量儀表應(yīng)用技術(shù)研究的目標(biāo)是正確的使用，主要有下面幾個(gè)具體內(nèi)容。
（1）提高開表率 ： 在儀表設(shè)備管理中，開表率的定義是：（儀表總臺(tái)數(shù)一未正常使用的儀表臺(tái)數(shù)）/儀表總臺(tái)數(shù)。因此，提高開表率就是要減少無法投入正常使用的儀表。在設(shè)計(jì)院中，自控專業(yè)所設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)，開表率是反映設(shè)計(jì)人員工作質(zhì)量和技術(shù)熟練程度的重要指標(biāo)之一，經(jīng)驗(yàn)豐富和認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)人員，能使開表率達(dá)到95％以上，或通過整改達(dá)到95％以上。但是在市場經(jīng)濟(jì)的條件下，工程公司往往對業(yè)主實(shí)行交鑰匙承包做法，要求做到的開表率就不是95％，而是100％，所設(shè)計(jì)的儀表系統(tǒng)如果不能正常投入使用，要為工程公司責(zé)任，那就是進(jìn)行整改或更換儀表，這就意味著經(jīng)濟(jì)損失。因此，儀表應(yīng)用技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義。
開表率是儀表應(yīng)用技術(shù)水平和儀表本身品質(zhì)的綜合表現(xiàn)。測量方法和儀表對測量對象、使用環(huán)境的匹配、協(xié)調(diào)、優(yōu)化、以及在此之前的設(shè)計(jì)選型和安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)都是影響開表率的重要因素。
這些年來，我國的流量測量儀表應(yīng)用技術(shù)獲得了長足的進(jìn)步，流量測量儀表的開表率有了很大提高，這一方面是由于儀表人員整體技術(shù)水平有了明顯提高，責(zé)任意識(shí)有所增強(qiáng)，更重要的是儀表的品質(zhì)比以前計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代有了大幅度提高，進(jìn)口儀表和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)組裝的儀表比重在上升，尤其是儀表普通實(shí)現(xiàn)智能化后，測量范圍可調(diào)比大大擴(kuò)展，以前由于測量范圍選擇不合適而無法投入正常使用的儀表，通過變更量程一般都能投入使用。
（2）保證測量精確度 ： 流量測量精確度指的是流量測量系統(tǒng)所獲得的精確度，它同流量計(jì)本身的精確度是有區(qū)別。僅僅流量計(jì)本身性能好，精確度高，并不一定能獲得較高的測量精確度。
要保證流量測量系統(tǒng)的精確度，除了合理的選型，正確安裝與調(diào)試，及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)之外，應(yīng)用智能化技術(shù)對測量部分可能引入的誤差進(jìn)行恰到好處的補(bǔ)償和校正也是一項(xiàng)有效的方法。例如對液體的溫度膨脹系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，對氣體的溫度、壓力和壓縮系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，對差壓式流量計(jì)的雷諾數(shù)影響和流束膨脹系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，對各種流量計(jì)流量系數(shù)的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，對容積式流量計(jì)、渦街流量計(jì)的溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償，對超聲流量計(jì)的速度分布進(jìn)行補(bǔ)償?shù)�。這種補(bǔ)償和校正是用系統(tǒng)的方法將檢測部分所固有的、依靠其本身無法得到克服的誤差進(jìn)行處理，使之消除或得到基本消除。實(shí)踐表明，這一方法簡單有效，很有發(fā)展前途。
在保證測量精確度諸多的方法中，在線實(shí)流校準(zhǔn)占有重要地位。以前大多采用離線方法校準(zhǔn)流量計(jì)，使用該方法檢定的流量計(jì)經(jīng)誤差修正后雖然精確度較高，但因其檢定時(shí)管路的參比條件與實(shí)際使用時(shí)不同，檢定時(shí)流體性質(zhì)與實(shí)際使用的流體有差異，檢定時(shí)的環(huán)境條件與儀表使用場所的實(shí)際環(huán)境不相同，從而造成附加的使用誤差，降低了測量精確度。在線實(shí)流校準(zhǔn)法是解決這一問題的有效方法。例如，油品計(jì)量站在建設(shè)階段就預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)體積管連接口，接入標(biāo)準(zhǔn)體積管后，通過閥門切換可以實(shí)現(xiàn)對計(jì)量站中各臺(tái)流量計(jì)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)流校準(zhǔn)。現(xiàn)在，在天然氣的分配站也要求采用在線實(shí)流校準(zhǔn)的方法。
（3）提高流量測量系統(tǒng)的可靠性 ： 用于安全聯(lián)鎖報(bào)警的流量儀表如果不可靠，應(yīng)該聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作，容易釀成事故，不該動(dòng)作時(shí)亂動(dòng)作，容易導(dǎo)致不應(yīng)有的停車，造成損失。工業(yè)爐窯中的燃料流量計(jì)如果不可靠，造成流路堵塞，容易導(dǎo)致爐子熄火，釀成事故。用于過程控制的流量儀表如果不可靠，容易為調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤信息，導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)失調(diào)，破壞生產(chǎn)過程的穩(wěn)定，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和物耗，造成損失。用于財(cái)務(wù)結(jié)算計(jì)量的流量計(jì)如果不可靠，容易引起計(jì)量失準(zhǔn)，引發(fā)計(jì)量糾紛和為企業(yè)帶來損失�？梢钥闯�，流量儀表的可靠性是極為重要的。
提高流量測量可靠性的途徑主要是提高儀表本身的可靠性，選用可靠性高的儀表進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。近年來，流量測量儀表的可靠性獲得了顯著的提高，主要表現(xiàn)在一下幾方面。
①儀表本身的可靠性有了顯著提高。
②通過改進(jìn)儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可靠性獲得提高。例如采用不斷流插入式結(jié)構(gòu)，可在不影響工藝操作的情況下更換流量計(jì)。
超聲流量傳感器的夾裝式結(jié)構(gòu)，電磁流量傳感器電極的帶壓更換結(jié)構(gòu)，渦街流量傳感器采用管外安裝超聲探頭的結(jié)構(gòu)等，都能在儀表損壞后的修理過程大大縮短修復(fù)時(shí)間。
③引入冗余技術(shù)。如采用雙傳感器，并對傳感器的正常與否進(jìn)行自動(dòng)判斷，將發(fā)生故障的那路信號予以剔除。
④引入自診斷技術(shù)，并通過現(xiàn)場總線將診斷結(jié)果送到操作站或?qū)Ｓ玫脑O(shè)備管理系統(tǒng)(AMS)予以顯示報(bào)警，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及早采取措施。
（4）節(jié)省費(fèi)用：  這里所說的費(fèi)用除了儀表購置費(fèi)之外，還應(yīng)計(jì)入附件購置費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、備品備件費(fèi)、維護(hù)和定期校準(zhǔn)（檢定）費(fèi)，而儀表的平均壽命攤?cè)氲恼叟f費(fèi)也不是可忽視的。
有些類型的流量計(jì)雖然購置費(fèi)較低，但必須增設(shè)上下游切斷閥和旁通閥等輔助設(shè)備，有時(shí)輔助設(shè)備的費(fèi)用大大超過流量計(jì)本身的購置費(fèi)。
在儀表選型中應(yīng)避免片面追求高性能，高精確度，因?yàn)檫@樣做不僅增加了購置費(fèi)，而且往往備品備件費(fèi)也相應(yīng)增加。最優(yōu)的設(shè)計(jì)選型是在滿足使用要求的前提下，儀表的可靠性最高，維修方便，費(fèi)用最省的那個(gè)方案。
（5）安全性  ：有些被測流體屬易燃易爆介質(zhì)，有些儀表安裝場所屬易燃易爆場所，儀表的選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝都應(yīng)符合防爆規(guī)程。
除了.上述目標(biāo)之外，還應(yīng)滿足使用的其他要求，如壓損要求、衛(wèi)生要求、防護(hù)要求等，還應(yīng)注意維修方便，有的還應(yīng)考慮便于實(shí)施強(qiáng)制檢定。