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  文件名称: 带温压补偿涡街流量计进行了原理及结构的分析
  公司名称: 紫龙雄宇科技(北京)有限公司
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本文对带温压补偿涡街流量计进行了原理及结构的分析;阐述了这种新产品在我厂能源计量中的应用及前景
关键词:四合一流量计;密度补偿;性能指标

涡街流量计是国内外近一、二十年迅速得到了广泛的应用的一种新型的计量仪表,大有逐步替代传统的节流装置+差压变送器组成的流量测量仪表的趋势,它之所以倍受青睐,是因为它的性价比高、测量准确、量程比宽及维护简单等特点决定的。

但是,普通的涡街流量计和其它类型的流量计一样,都有一个明显的缺点,那就是在蒸汽或气体流量测量中,如果工艺状况变化太大,导致其密度值不恒定,偏离设计值过多,将带来很大的误差。而我们在实际的能源计量工作中,这种情况遇到很多,由于各方面的原因,有些管道内的蒸汽或气体不可能同设计值一样,恒定在一个温度值和压力值不变,总是有很大的波动。因此我们不得不在流量计前后加装压力传感器和温度传感器,再将信号送入二次显示仪表进行温压补偿以修正密度,来减小测量误差。但是这样做带来了安装、维护及成本等诸多问题。

因此,我们希望有一种集成度高的涡街流量计来解决此问题。今年,我们试用了三台义乌仪表公司的集高精度温度、压力、流量传感器和智能流量软件计算于一体的涡街流量计,从投用到现在,应用的效果非常好。下面,我简单介绍一下这种四合一的涡街流量计:

一、原理及结构
1、测量原理:温度传感器、压力传感器及流量传感器将分别检测到的信号送入表头电路板,电路部分对这三组信号分别进行处理,并通过自身的软件,自动地利用测得的温度、压力值,换算或查出出工况下的密度值,再修正到流量值里,最后以电流或频率的形式输出到二次显示仪表。在某些不便提供电源的场所,还可选用电池供电的就地指示型,此时成本更加低廉,因为二次显示仪表都可以省去。

2、结构及构成
一种四合一的涡街流量计,在三角挡体的后面便是流量传感器,可以测量涡街的旋涡频率,它可以是压电式,也可以是电容式(电容式的性能更佳);再往下游安装有温度传感器,用以测量管道内的介质温度;在三角挡体前安装的是压力传感器,用来测量管道内的介质压力,三个传感器的输出信号都接到了表头电路部分,由其统一处理。

综上所述,这种涡街流量计已经实现了三种传感器与电路软件的统一集成,即四者合为一体。

二、密度补偿

首先,让我们分析一下为什么要对测量气体或蒸汽进行密度补偿。众所周知,涡街流量计所直接测得的都是工况下的体积流量,我们对气体、蒸汽等一般都是以质量流量来结算,这就涉及密度问题,也就是说,我们执行了下面的数学模型:
W = Q·ρ
其中:
W:质量流量;
Q:工况下的体积流量;
ρ:工况下的密度;
下面举个例子来说明密度的重要性。在过热蒸汽流量测量中,假定设计工况下的压力为10kgf/cm2(A)、温度为300℃,此时的流量为30t/h(W设),查密度表ρ=3.800kg/m3。而实际工况下的压力却在10.0~1110kgf/cm2(A)、温度在300~320℃的范围内波动,亦即工况下密度最高可达4.191kg/m3 (ρ1),最低可达3.660kg/m3 (ρ2),那么此时流量的指示值为:
W1=ρ1/ρ·W设=4.191÷3.800×30=33.09t
W2=ρ2/ρ·W设=3.660÷3.800×30=28.89t
亦即实际上的蒸汽流量应该在28.89~33.09t/h的范围内变化,此时与设计值相比,其误差:
σ平均=σ1+σ2 =(W1-W设)/ W设 +(W2-W设)/ W设
=(28.89-30)/30+(33.09-30)/30=6.6%
此时误差大小显而易见,说明密度如果搞不准,将会给影响最终的质量流量指示,带来较大的偏差。由于实际工艺状况的波动性,我们就必需加温压补偿以进行随时的密度修正。
该涡街流量计的软件中做的有三种模型的密度修正办法:
1.饱和蒸汽:温度查密度表;
2.过热蒸汽:温度、压力查密度表;
3.一般气体数学模型:
ρ=ρ标×(P+0.1013)×106 /(T+273.15)

前两种模型是针对测量蒸汽用的,它是将蒸汽密度表格直接做到软件中,流量计只要测得介质的温度、压力,就可智能地进行密度查询,并结合测得的体积流量进行自动计算,从而指示出质量流量。第三种模型主要是针对一般气体的,从公式中可以看出,它是在测得介质的温度、压力后,根据事先输入的标况下的密度值,智能地换算成工况下的密度值,然后再结合测得的体积流量进行自动计算,从而指示出质量流量的。

三、性能指标

这种四合一的涡街流量计,具有以下卓越的性能:

1.性价比高:这种涡街流量计价格只比老的流量计贵了不到1/3,但其性能却远远超过了后者。2.测量准确度高:一方面,与普通的涡街流量计相比,在测量蒸汽或气体时,由于采用了温压补偿,修正了密度,其测量准确度大大提高,这一点可在例子中明确见证;另一方面,由于软件的功能,可在涡街流量计校验时进行8段流量非线性修正,其准确度等级在理论上可达到0.2~0.5%,3.量程比宽:它最高可达30:1。4.热量损失小:因其无须伴热,据有关资料显示,在测量蒸汽流量时,它的热量损耗只是同口径孔板流量计的1/15,非常有待于节能。5.维护量小:其静密封点仅为5处;三个传感器均可拆卸,容易更换,故障判断简单;并由于减少了单元仪表,故障点也下降,很容易维护。6.成本低廉:由于集三种传感器和软件于一体,很自然就降低了成本。

四、结束语

在应用了这种集成后的涡街流量计,取得了较好的计量效果的前提下,在分析了它的原理、结构和性能后,我们不难看出,这种新款的涡街流量计将会成为同类流量计中的佼佼者,它将以高的性价比和高的准确度等级而拥有加广阔的市场,甚至会成为将来流量测量的主流产品,我们现在也正在积极推广应用这种新型的涡街流量计。


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