金屬管浮子流量計(jì)的測量精度與保證措施

1 簡述

      由于金屬管浮子流量計(jì)的堅(jiān)固可靠、測量穩(wěn)定，并與測量介質(zhì)的介電常數(shù)無關(guān)，同時(shí)由于可以采用多種耐腐蝕材料制造測量傳感器等特點(diǎn)，因此，這種產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于高溫、高壓或腐蝕性介質(zhì)以及氣體和蒸汽的測量。

      但是，基于測量原理上的特點(diǎn)，流量刻度與介質(zhì)密度和粘度有關(guān)，實(shí)際應(yīng)用過程中介質(zhì)條件的變化又經(jīng)常發(fā)生，因而實(shí)際使用浮子流量計(jì)時(shí)，如何保證測量精度的準(zhǔn)確就顯得十分重要。

      2 測量原理

      如圖1所示，相對(duì)應(yīng)測量介質(zhì)的某一流量，磁性浮子在測量管中對(duì)應(yīng)一個(gè)浮子位置，這個(gè)浮子位置通過指示器中的經(jīng)過精密充磁的磁耦合系統(tǒng)帶動(dòng)指針，由刻度盤和指針讀出相應(yīng)的流量值。

      根據(jù)VDI/VDE3513標(biāo)準(zhǔn)，浮子流量計(jì)流量計(jì)算公式：

      式中：Qn為介質(zhì)的質(zhì)量流量；
               α   為與浮子形狀、介質(zhì)粘度有關(guān)的系數(shù)；
               Ds 為浮子直徑；
               Ms 為浮子質(zhì)量；
               g  為重力加速度；
               ρα 為介質(zhì)密度；
               ρs 為浮子密度；
               η  為介質(zhì)粘度。

      由公式可以看出，流量刻度與介質(zhì)密度、浮子密度成比例，與介質(zhì)粘度有關(guān)。

      3 浮子流量計(jì)精度的定義

      目前，在國內(nèi)金屬管浮子流量計(jì)的市場上，有兩種定義精度的方式。

      一種是采用國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T6844-1993的定義方式。在這種方式中規(guī)定浮子流量計(jì)的基本誤差如表1所示。

表1 

      另外一種是采用德國工程師學(xué)會(huì)VDI/VDE3513的定義方式。在這種方式中規(guī)定：

      Eα=（1/4E+3/4F）×K/100

      式中：Eα為流量測量點(diǎn)絕對(duì)誤差：
               E 為測量點(diǎn)流量；
               F 為流量計(jì)滿度流量；
               K 為精度等級(jí)。

      由以上定義可以看出：

      （1）兩種定義的方式不同。在VDI/VDE標(biāo)準(zhǔn)中，給出的各個(gè)測量點(diǎn)精度，都包含有滿量程刻度對(duì)各個(gè)測量點(diǎn)精度的影響，在同樣的測量點(diǎn)上，與國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，相應(yīng)提高了精度。
      （2）意義不同。在國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，明確給出刻度是標(biāo)校介質(zhì)的量程（刻度），也就是說，此時(shí)的測量精度就是標(biāo)校條件下的測量精度，沒有給出實(shí)際測量介質(zhì)條件下的精度修正或補(bǔ)償。在VDI/VDE標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確說明測量介質(zhì)是標(biāo)校介質(zhì)還是實(shí)際測量介質(zhì)。表2給出按照VDI/VDE3513計(jì)算出的各個(gè)測量點(diǎn)上的相對(duì)滿度值誤差。

      4 精度與刻度的現(xiàn)狀

      不同的企業(yè)由于執(zhí)行不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，因此所制造的浮子流量計(jì)會(huì)有不同的刻度顯示，同時(shí)產(chǎn)品的精度也會(huì)產(chǎn)生差異。目前，國內(nèi)絕大部分企業(yè)生產(chǎn)的浮子流量計(jì)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)或在國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上制定自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其精度與量程（刻度）是定義在標(biāo)校條件下的，也就是說，精度和刻度是標(biāo)校條件下水或空氣的精度和刻度。

      國內(nèi)部分合資企業(yè)是按照國外標(biāo)準(zhǔn)，例如VDI/VDE生產(chǎn)浮子流量計(jì)。由于采用國外技術(shù)和設(shè)備，特別是國外公司的計(jì)算軟件進(jìn)行刻度轉(zhuǎn)換，在刻度轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行密度與粘度的修正和補(bǔ)償，此時(shí)，浮子流量計(jì)所顯示出的刻度是實(shí)際測量介質(zhì)的刻度，因此精度也是補(bǔ)償后的實(shí)際介質(zhì)刻度。

      5 選型時(shí)應(yīng)注意的問題

      （1）在選用浮子流量計(jì)時(shí)，首先要了解浮子流量計(jì)制造企業(yè)所執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，特別是關(guān)于精度的規(guī)定和顯示刻度的規(guī)定，其次要了解產(chǎn)品的制造和技術(shù)水平。同時(shí)，要結(jié)合流量測量中的工藝要求，特別是在測量或控制要求精度高、刻度顯示直觀、介質(zhì)粘度高的情況下，要選擇能夠直接顯示介質(zhì)流量，具有密度和粘度補(bǔ)償性能的浮子流量計(jì)。
      （2）掌握準(zhǔn)確的工藝條件，提供準(zhǔn)確的介質(zhì)參數(shù)。因?yàn)榭潭鹊霓D(zhuǎn)換與校驗(yàn)是根據(jù)介質(zhì)條件完成的。
      （3）選用合適的測量部件材質(zhì)。一般要選擇防腐蝕性能好的測量材質(zhì)。只有保證浮子和測量部件長時(shí)間不受介質(zhì)的腐蝕，才能確保產(chǎn)品長期工作在出廠時(shí)的精度要求。
      （4）要選用能夠使正常工作流量在50%~80%的滿刻度的范圍內(nèi)。正常工作流量低于50%量程，使測量點(diǎn)上的絕對(duì)誤差增大，不利于控制精度。

      6 保證測量精度

      （1）選型或訂貨時(shí)要提供準(zhǔn)確的介質(zhì)條件。對(duì)于具有密度和粘度修正能力的制造企業(yè)，這點(diǎn)尤其重要。因?yàn)?，密度或粘度的差異，將直接影響流量刻度的校?yàn)。
      （2）對(duì)于直接顯示標(biāo)校條件下水或空氣流量刻度的流量計(jì)， 可能要求制造企業(yè)提供校驗(yàn)數(shù)據(jù)和流量計(jì)證書，在實(shí)際使用儀表時(shí)，要根據(jù)這些校驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算書手工進(jìn)行密度修正。修正的方式可以采用圖表法、表格法或在流量計(jì)算機(jī)或DCS上使用系數(shù)修正法。
      （3）保證儀表安裝正確。垂直度是浮子流量計(jì)安裝時(shí)經(jīng)常被忽視的一點(diǎn)，一般情況下，要保證垂直度在2度以內(nèi)。
      （4）對(duì)于要求具有控制功能的浮子流量計(jì)，盡量選用帶有通訊功能的產(chǎn)品。當(dāng)介質(zhì)條件變化時(shí)，可以利用產(chǎn)品的通訊功能，現(xiàn)場對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，最大限度的保證產(chǎn)品精度。
      （5）有條件的用戶，可以按照流量計(jì)制造企業(yè)提供的流量計(jì)算書和校驗(yàn)記錄重新對(duì)儀表進(jìn)行檢驗(yàn)。

      7 周期檢定，保證精度的準(zhǔn)確

      要想長期保證浮子流量計(jì)的測量精度，周期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢定是必不可少的手段。一般條件下，浮子流量計(jì)的檢定通常采用直接用水或空氣進(jìn)行檢驗(yàn)。有兩個(gè)面需要注意：

      （1）如果流量計(jì)刻度上的介質(zhì)條件與檢定時(shí)的介質(zhì)條件相同，可采用直接進(jìn)行流量比對(duì)以計(jì)算精度；
      （2）如果兩者的介質(zhì)條件不同，就需了解該產(chǎn)品是否具有密度和粘度修正功能。如果沒有修正功能，也要了解刻度變化的條件或計(jì)算公式，根據(jù)相應(yīng)的公式，才可以進(jìn)行系數(shù)計(jì)算。如果具有密度和粘度修正功能，應(yīng)要求制造企業(yè)提供計(jì)算方式或計(jì)算結(jié)果。利用正確地計(jì)算結(jié)果對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢定。