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大口径流量测量的最佳选择

贺正勤,艾默生过程控制有限公司测量部工程师2005.09.21阅读 6957

  利用差压原理进行流量测量是当今世界使用最多,同时也是最可靠的流量测量手段之一。差压流量测量的代表产品孔板历史悠久,它占据了目前全球大概50~55%左右的工业流量测量市场CONTROL ENGINEERING China版权所有,大家对它的安装、使用和检修非常熟悉。
  虽然孔板流量计有着简单可靠、加工简单等优点。但它量程比小,精度低,不可恢复压损大,安装、调试不方便,需要进行磨损更换;而在大口径管道应用上(>6 英寸),孔板流量计更失去了它的价格优势。因为两个大法兰价格和安装、维护成本是可观的。
  罗斯蒙特公司的阿牛巴流量计就非常好地解决了孔板流量计在大口径流量测量上的全部问题。阿牛巴流量计有着测量精度高、量程比大、不可恢复压损小、调试方便、不需要进行磨损更换维护、安装成本非常低、可以在不停流的情况下带压安装或检修、并降低了对直管段的长度要求等优点。
  第三代罗斯蒙特T型阿牛巴流量计
  阿牛巴流量计是由美国Dieterich Standard Inc(缩写DSI)在上世纪60年代末基于伯努利能量守恒原则和皮托管测速原理发展起来的差压式均速管流量计,Annubarㄎ渥⒉嵘瘫辏ㄖ形囊胛⑴0停O衷诟霉疽殉晌匏姑商毓镜囊桓鲎庸

尽0⑴0土髁考圃?0年代随成套设备引入我国。由于制作简单、计算方便,国内、外已有多达数十家的仿制产品。在产品样本、科技论文中常常可以见到“阿牛巴流量计”之类说法,实际上是一种错误理解,因为阿牛巴(Annubarǎ┦荄SI为其发明的均速流量计所注册的商标,而不是某类产品的名称。
  DSI的阿牛巴流量计从60年代末到现在总共经历了第一代圆型、第二代宝石I型、宝石II型和革命性的T型三代产品的发展(见图1)。


最初的阿牛巴流量计…如图1


  最初的阿牛巴流量计的检测杆断面形状是圆形的,但后来发现圆形阿牛巴的流量系数K值在雷诺数Re<105时基本不变CONTROL ENGINEERING China版权所有,而在105~106之间时www.cechina.cn,K值增大且分散,分散度约为±10%。进一步的研究表明:上述现象是由流体流过圆管时分离点位置不固定造成的。当Re<105时,分离点与管中心连线的分离角(见图1)为78坏盧e<106时分离角为130坏盧e在105~106之间时www.cechina.cn,分离角处于78麀130洳蝗范ǖ奈恢蒙稀S捎诎⑴0土髁考扑愎街辛髁坑隟值成正比,因而K值±10%的分散性将造成流量测量±10%的误差。而阿牛巴流量计K值分散性大的这段雷诺数范围对应的流体流速正是大多数气体在管道中正常流速值。
  为了解决圆形阿牛巴流量计的问题,DSI公司于1978年推出了菱形断面的宝石I型的阿牛巴,它突出的优点是流体分离点的位置固定在菱形两侧尖锐的拐点上,从而解决了圆形阿牛巴流量系数K值不稳定的问题,测量精度大大提高了。1984年DSI又提出了宝石II型的阿牛巴,进一步减少了流体经过阿牛巴传感器边缘时所产生的旋涡,这些旋涡导致了阿牛巴流量传感器的震动产生脉动的噪声信号失真,从而影响了测量的稳定性。


图2:第三代罗斯蒙特T型…如图2
图2:第三代罗斯蒙特T型阿牛巴流量计


  宝石I和II型的阿牛巴流量计和其他在圆型阿牛巴流量计基础上发展来的椭圆型、扇型、子弹型、机翼型等多种均速管流量计虽然比圆形阿牛巴有了或多或少的进步CONTROL ENGINEERING China版权所有,但是它们全部属于第二代的产品,还是存在以下问题:
  ■   流量系数 K 还是不够恒定,特别是在小流量测量的范围时,大大影响了阿牛巴在低速度、低流量时测量的精度。
  ■ 产生的差压信号比较小。一般只有1~3Kpa左右。在测量流速比较低的工况时,甚至只有20~50 Pa。以前的差压变送器对这样低的差压的测量精度和稳定性是没有办法保证的,局限了阿牛巴流量计的使用范围,特别是一些气体流量测量的应用。
  ■   容易受各种干扰影响控制工程网版权所有,产生差压的信噪比比较低,影响了测量的稳定性。
  ■   因为均速管流量计是流体速度取样式流量计,它要按流体力学研究的要求对管道内一定位置的流体速度取样,所以它对安装有着比较高的要求。在X、Y、Z三轴方向一般要求不能偏差±3T谝话阆殖“沧耙锏秸庋沧熬仁怯邢嗟崩训摹?为了解决上面的这些问题,DSI公司继续对阿牛巴流量计做了近20年的大量流体力学研究,终于在被罗斯蒙特公司合并后的2001年推出了崭新的第三代T型阿牛巴流量计。它比较好地解决了上面提到的以往各种均速管流量计存在的4个问题,改进是革命性的。
  ■   T 型阿牛巴解决了以往所有各种形状均速管流量计流量系数K在流量变化特别是在小流量时不稳定的问题,它有着非常恒定的K系数。它的流量测量最高精度可以达到±0.75% 。第三代T型阿牛巴的重复性同样是非常出色的,为±0.1%。
  ■   T型阿牛巴正面高压取压槽口跨越整个管道直径,获得比以往各种形状均速管流量计12倍以上的流体速度取样面积,因而得到平均














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