溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì)在能源計(jì)量中的應(yīng)用及前景

渦街流量計(jì)是國(guó)內(nèi)外近一、二十年迅速得到了廣泛的應(yīng)用的一種新型的計(jì)量?jī)x表，大有逐步替代傳統(tǒng)的節(jié)流裝置＋差壓變送器組成的流量測(cè)量?jī)x表的趨勢(shì)，它之所以倍受青睞，是因?yàn)樗男詢r(jià)比高、測(cè)量準(zhǔn)確、量程比寬及維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)決定的。

　　但是，普通的渦街流量計(jì)和其它類(lèi)型的流量計(jì) 一樣，都有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，那就是在蒸汽或氣體流量測(cè)量中，如果工藝狀況變化太大，導(dǎo)致其密度值不恒定，偏離設(shè)計(jì)值過(guò)多，將帶來(lái)很大的誤差。而我們?cè)趯?shí)際的能源計(jì)量工作中，這種情況遇到很多，由于各方面的原因，有些管道內(nèi)的蒸汽或氣體不可能同設(shè)計(jì)值一樣，恒定在一個(gè)溫度值和壓力值不變，總是有很大的波動(dòng)。因此我們不得不在流量計(jì)前后加裝壓力傳感器和溫度傳感器，再將信號(hào)送入二次顯示儀表 進(jìn)行溫壓補(bǔ)償以修正密度，來(lái)減小測(cè)量誤差。但是這樣做帶來(lái)了安裝、維護(hù)及成本等諸多問(wèn)題。

　　因此，我們希望有一種集成度高的渦街流量計(jì) 來(lái)解決此問(wèn)題。今年，我們?cè)囉昧私K鴻瑞儀表公司 的集高精度溫度、壓力、流量傳感器和智能流量軟件計(jì)算于一體的渦街流量計(jì)，從投用到現(xiàn)在，應(yīng)用的效果非常好。下面，我簡(jiǎn)單介紹一下這種四合一的渦街流量計(jì)：

一、原理及結(jié)構(gòu)
1、測(cè)量原理：溫度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器將分別檢測(cè)到的信號(hào)送入表頭電路板，電路部分對(duì)這三組信號(hào)分別進(jìn)行處理，并通過(guò)自身的軟件，自動(dòng)地利用測(cè)得的溫度、壓力值，換算或查出出工況下的密度值，再修正到流量值里，最后以電流或頻率的形式輸出到二次顯示儀表。在某些不便提供電源的場(chǎng)所，還可選用電池供電的就地指示型，此時(shí)成本更加低廉，因?yàn)槎物@示儀表都可以省去。

2、結(jié)構(gòu)及構(gòu)成
　　一種四合一的渦街流量計(jì)，在三角擋體的后面便是流量傳感器，可以測(cè)量渦街的旋渦頻率，它可以是壓電式，也可以是電容式（電容式的性能更佳）；再往下游安裝有溫度傳感器，用以測(cè)量管道內(nèi)的介質(zhì)溫度；在三角擋體前安裝的是壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量管道內(nèi)的介質(zhì)壓力，三個(gè)傳感器的輸出信號(hào)都接到了表頭電路部分，由其統(tǒng)一處理。

　　綜上所述，這種渦街流量計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三種傳感器與電路軟件的統(tǒng)一集成，即四者合為一體。

二、密度補(bǔ)償

　　首先，讓我們分析一下為什么要對(duì)測(cè)量氣體或蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。眾所周知，渦街流量計(jì)所直接測(cè)得的都是工況下的體積流量，我們對(duì)氣體、蒸汽等一般都是以質(zhì)量流量來(lái)結(jié)算，這就涉及密度問(wèn)題，也就是說(shuō)，我們執(zhí)行了下面的數(shù)學(xué)模型：
　　　　　　　　　　　　　W　＝　Q·ρ
其中：
　　W：質(zhì)量流量；
　　Q：工況下的體積流量；
　　ρ：工況下的密度；
　　下面舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明密度的重要性。在過(guò)熱蒸汽流量測(cè)量中，假定設(shè)計(jì)工況下的壓力為10kgf/cm2（A）、溫度為300℃，此時(shí)的流量為30t/h（W設(shè)），查密度表ρ＝3.800kg/m3。而實(shí)際工況下的壓力卻在10.0～1110kgf/cm2（A）、溫度在300～320℃的范圍內(nèi)波動(dòng)，亦即工況下密度最高可達(dá)4.191kg/m3　（ρ1），最低可達(dá)3.660kg/m3　（ρ2），那么此時(shí)流量的指示值為：
　　W1＝ρ1/ρ·W設(shè)＝4.191÷3.800×30＝33.09t
　　W2＝ρ2/ρ·W設(shè)＝3.660÷3.800×30＝28.89t
　　亦即實(shí)際上的蒸汽流量應(yīng)該在28.89～33.09t/h的范圍內(nèi)變化，此時(shí)與設(shè)計(jì)值相比，其誤差：
　　σ平均＝σ1＋σ2　＝（W1－W設(shè)）/ W設(shè) ＋（W2－W設(shè)）/ W設(shè)　
＝（28.89－30）/30＋（33.09－30）/30＝6.6%
　　此時(shí)誤差大小顯而易見(jiàn)，說(shuō)明密度如果搞不準(zhǔn)，將會(huì)給影響最終的質(zhì)量流量指示，帶來(lái)較大的偏差。由于實(shí)際工藝狀況的波動(dòng)性，我們就必需加溫壓補(bǔ)償以進(jìn)行隨時(shí)的密度修正。
　　該渦街流量計(jì)的軟件中做的有三種模型的密度修正辦法：
1．飽和蒸汽：溫度查密度表；
2．過(guò)熱蒸汽：溫度、壓力查密度表；
3．一般氣體數(shù)學(xué)模型：
　　ρ＝ρ標(biāo)×（P+0.1013）×106　/（T+273.15）

　　前兩種模型是針對(duì)測(cè)量蒸汽用的，它是將蒸汽密度表格直接做到軟件中，流量計(jì)只要測(cè)得介質(zhì)的溫度、壓力，就可智能地進(jìn)行密度查詢，并結(jié)合測(cè)得的體積流量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，從而指示出質(zhì)量流量。第三種模型主要是針對(duì)一般氣體的，從公式中可以看出，它是在測(cè)得介質(zhì)的溫度、壓力后，根據(jù)事先輸入的標(biāo)況下的密度值，智能地?fù)Q算成工況下的密度值，然后再結(jié)合測(cè)得的體積流量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，從而指示出質(zhì)量流量的。

三、性能指標(biāo)

　　這種四合一的渦街流量計(jì)，具有以下卓越的性能：

1．性價(jià)比高：這種渦街流量計(jì)價(jià)格只比老的流量計(jì)貴了不到1/3，但其性能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了后者。2．測(cè)量準(zhǔn)確度高：一方面，與普通的渦街流量計(jì)相比，在測(cè)量蒸汽或氣體時(shí)，由于采用了溫壓補(bǔ)償，修正了密度，其測(cè)量準(zhǔn)確度大大提高，這一點(diǎn)可在例子中明確見(jiàn)證；另一方面，由于軟件的功能，可在渦街流量計(jì)校驗(yàn)時(shí)進(jìn)行8段流量非線性修正，其準(zhǔn)確度等級(jí)在理論上可達(dá)到0.2～0.5%，3．量程比寬：它最高可達(dá)30：1。4．熱量損失小：因其無(wú)須伴熱，據(jù)有關(guān)資料顯示，在測(cè)量蒸汽流量時(shí)，它的熱量損耗只是同口徑孔板流量計(jì)的1/15，非常有待于節(jié)能。5．維護(hù)量小：其靜密封點(diǎn)僅為5處；三個(gè)傳感器均可拆卸，容易更換，故障判斷簡(jiǎn)單；并由于減少了單元儀表，故障點(diǎn)也下降，很容易維護(hù)。6．成本低廉：由于集三種傳感器和軟件于一體，很自然就降低了成本。

四、結(jié)束語(yǔ)

　　在應(yīng)用了這種集成后的渦街流量計(jì) ，取得了較好的計(jì)量效果的前提下，在分析了它的原理、結(jié)構(gòu)和性能后，我們不難看出，這種新款的渦街流量計(jì)將會(huì)成為同類(lèi)流量計(jì)中的佼佼者，它將以高的性價(jià)比和高的準(zhǔn)確度等級(jí)而擁有加廣闊的市場(chǎng)，甚至?xí)蔀閷?lái)流量測(cè)量的主流產(chǎn)品，我們現(xiàn)在也正在積極推廣應(yīng)用這種新型的渦街流量計(jì)。