1 彎管流量傳感器的特點(diǎn)及原理

      目前用于測(cè)量流量的傳感器種類很多，如電磁、渦輪、渦街、孔板、超聲流量傳感器等。在眾多傳感器中，因?qū)α黧w介質(zhì)，粘度及溫度要求較高，大多無(wú)法滿足工況要求。彎管流量傳感器是一種新型流量傳感器，它以其不易受被測(cè)流體的密度、粘度等參數(shù)影響，對(duì)流體介質(zhì)種類、介質(zhì)質(zhì)量要求不高、傳感器對(duì)流體造成的壓力損失小、測(cè)量精度較高、便于維護(hù)以及低成本、低故障率等優(yōu)點(diǎn)深受用戶好評(píng)，很快在石油油井地下注水、污水排放、蒸汽、熱水貿(mào)易計(jì)量等領(lǐng)域開(kāi)始得到應(yīng)用。

      彎管流量傳感器原理如下：

      當(dāng)流體流經(jīng)彎曲管道時(shí)，基于慣性原理的離心作用，在彎管的內(nèi)、外兩側(cè)會(huì)引起壓力的變化，即外側(cè)壓力增大，內(nèi)側(cè)壓力減小，經(jīng)過(guò)人們大量的理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)研究表明，在滿足一定條件下，流經(jīng)管道的流體平均流速與這一內(nèi)外側(cè)壓差有如下關(guān)系式：

式中：
      V ―― 流體平均流速（m/s）；
      α ―― 綜合流量系數(shù)；
      R ―― 彎管曲率半徑（m）；
      D ―― 彎管內(nèi)徑（m）；
      P₁――彎管外側(cè)壓力（Pa）。
      P₂――彎管內(nèi)側(cè)壓力（Pa）；
      β  ――指數(shù)；
      ρ ―― 流體介質(zhì)的工況密度（k/m³）。

      由此可見(jiàn)，對(duì)于特定的管道尺寸參數(shù)、介質(zhì)情況及工作條件，彎管內(nèi)外側(cè)壓力差與其流過(guò)流量存在著確定的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)測(cè)取這一壓力差，很容易實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。

      2 彎管傳感器

      經(jīng)過(guò)大量理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)，彎管的彎徑比是理論模型中唯一的幾何特征參量，對(duì)流量測(cè)量起著重要的作用。彎徑比是指彎管的內(nèi)徑中心線圓弧的曲率半徑R和彎管的內(nèi)徑D的比值，即R/D。由于彎管曲率半徑R是一條無(wú)形的空間曲線，不能用簡(jiǎn)單的方法直接將其準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)，因此彎徑比的測(cè)量必須通過(guò)間接測(cè)量確定。目前已有專用的測(cè)量?jī)x器運(yùn)用等弦?guī)缀螠y(cè)量法精確測(cè)量彎徑比。如果測(cè)得值在控制值范圍內(nèi)，則表明其幾何形狀的相似性，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度可控制在0.5%以內(nèi)。經(jīng)大量實(shí)流標(biāo)定驗(yàn)證，與二次儀表配合使用，可實(shí)現(xiàn)1.0級(jí)準(zhǔn)確度。

      3 智能彎管流量熱量積算儀

      智能彎管流量熱量積算儀與智能流量熱量積算儀硬件結(jié)構(gòu)大致相同，有所區(qū)別的是種積算儀專門與彎管流量傳感器配套使用，其內(nèi)部流量計(jì)算公式專為彎管所設(shè)計(jì)，具備一般的瞬時(shí)流量、瞬時(shí)熱量、溫度、壓力測(cè)量功能并顯示和累積。為保證高測(cè)量精度，該儀表除采用實(shí)時(shí)運(yùn)算補(bǔ)償法進(jìn)行流量測(cè)量的溫度壓力補(bǔ)償外，同時(shí)也采用實(shí)時(shí)運(yùn)算補(bǔ)償法進(jìn)行管徑的熱膨脹修正，具體修正值的大小是根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度值和彎管傳感器實(shí)際材質(zhì)的線膨脹系數(shù)運(yùn)算求得的。這些補(bǔ)償和修正使儀表測(cè)量精度得到了可靠的保證。

      所有輸入信號(hào)均為模擬量4～20mA.DC，儀表準(zhǔn)確度為：0.2%FS。

      這種儀表流量輸入信號(hào)為電流型4～20mA.DC信號(hào)，除質(zhì)量流量演算方法有區(qū)別外，其他計(jì)量性能與智能流量熱量積算儀大致相同，這里只介紹瞬時(shí)流量理論值計(jì)算公式：

      式中：
      q_m―― 為質(zhì)量流量（kg/h）；
      D_t ―― 為經(jīng)溫度修正后的管道內(nèi)徑（m）；
       α ――  綜合流量系數(shù)；
     R/D ―― 彎徑比；
    △P ―― 彎管中內(nèi)外側(cè)壓差（Pa）；
      ρ ――  流體的工況密度（kg/m³）。

      上式中，差壓變送器實(shí)時(shí)測(cè)量的差壓電流信號(hào)經(jīng)開(kāi)方運(yùn)算反映出流量值，密度參數(shù)決定于流體壓力與溫度，壓力變送器和溫度變送器將測(cè)得的管道上游壓力及溫度信號(hào)以4～20mA DC信號(hào)形式輸入儀表，在儀表中生成工況密度，進(jìn)行流量的在線補(bǔ)償運(yùn)算。由于影響彎徑比的參量主要是溫度，所以儀表也考慮了溫度對(duì)其影響的修正。

      熱量計(jì)算分別在水蒸汽和熱水兩種工況下作了設(shè)定。計(jì)算公式為：

      Q＝q_m（h_s－h(huán)_r）       （熱水）
      Q＝Q_mh_s                   （水蒸氣）
      Q  ――瞬時(shí)熱量（kJ）；
      q_m――質(zhì)量流量（kg/h）；
      hs ――熱焓值（供水），hs＝f（P，t）（kJ/kg）；
      h^_r ―― 熱焓值（回水），hr＝f（p，t）（kJ/kg）。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      目前彎管流量傳感器及其配套儀表有一體化的趨勢(shì)，逐步克服其自身不足，優(yōu)勢(shì)日趨明顯，且易在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行標(biāo)定，確保其測(cè)量精度，值得推廣應(yīng)用。

      參考文獻(xiàn)   

      [1] JJG640-1994差壓式流量計(jì)檢定規(guī)程
      [2] JJG164-2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程