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电磁流量计的意义及应用介绍说明

自古以来，流量测量就是人类文明的标志之一。公元前1000年左右古埃及人已用堰法测量尼罗河的流量，用于预报年成；古罗马人修渠引水，已采用孔板测量流量；我国古代的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等。但是由于经济和科技发展不快，流量测量的方法仅有有限的几种，直至20世纪，由于过程工业、能源计量和城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使流量测量方法和仪表迅速发展。 1.1 流量测量的意义流量测量是研究物质量变的科学，质与量的互变规律是事物联系与发展的基本规律，因此，其测量对象已不限于传统意义上的管道流体，凡是需要掌握流体流动的地方都有流量测量的问题。工业生产过程是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。在整个过程检测仪表中，流量仪表的产值约占1／5～1／4。在能源计量中，使用了大量的电磁流量计，例如石油工业，从石油开采、储运、炼制直到贸易销售，任何一个环节都离不开流量计。在天煞气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量准确度和可靠性要求特别高。除此之外，在煤气、成品油、液化石油气、蒸汽、压缩空气、氧气、氮气、水的计量中，也要使用大量的流量计，其中很大一部分用于贸易结算，计量准确度需满足国家的有关标准，这对流量测量提出了很高的要求。能源计量用流量计往往跟企业的效益有直接的联系，是进行贸易结算的依据，进行能源的科学管理、提高经济效益的重要手段。在环境保护领域，流量测量仪表也扮演着重要角色。人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。废气和污水流量的测量具有较高的难度。其中烟气的难度在于脏污，含尘，有腐蚀性，流速范围宽广，流通截面不规则，直管段长度难以保证；而污水的难度在于介质脏污、压头低、口径大、流通截面特殊和非满管。在科学实验领域，种类繁多的流量讦提供了大量的实验数据。这一领域中使用的流量计特殊性更多，其中流体的高温、高压、高黏度以及变组分、脉动流和微小流量等都是经常要面对的测量对象。除了上述的应用领域之外，流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天。航空、军事领域等也都有广泛的应用。流量测量是一门迅速发展的技术，为了满足各行各业、各种工况的各种流体的流量测量需要，仪表研究机构研究开发了各种原理的流量计，制造厂每年都有新型流量计供应市场。过去难以解决的流量测量问题，如今有的获得了解决。尤其是近30年以来，微电子技术、计算机技术和通信技术进入流量测量仪表，使流量仪表出现一次飞跃，仪表的功能更加丰富，可靠性得到显著提高，测量精确度获得大幅度的提升，于是0.1级科氏力质量流量计、精确度优于±0. 3%R的电磁流量计等相继问世。据统计，目前市场上能买到的流量计种类已达百种以上，各种不同类型的流量计相互竞争，并以各自特有的优势占据着一定的市场份额。直至今日，凡是被人们应用的类型，都是因为它们在某些方面有相对优势，而在竞争中取胜的后起之秀也并非十全十美，不能期望用一种流量计覆盖所有的应用领域。然而，尽管流量测量技术和仪表的类型已经很多，用户却仍有许多流量测量问题难以解决，这些问题也就成为今后研究新的测量方法、开发新型仪表的动力。流量测量是一门复杂、多样的技术，这不仅由于测量精确度的要求越来越高，而且测量对象复杂多样。如流体种类有气体、液体、混相沆体，流体工况有从高温到极低温的温度范围，从高压到低压的压力范围，既有低黏度的液体，也有黏度非常高的液体，而流量范围更是悬殊，微小流量只有每小时数毫升，而大流量可能每秒就达数万立方米。而脉动流、多相流更增加了流量测量的复杂性。另一方面，这种复杂性和多样性促进了人们对流量测量仪表的应用研究。 1.2 流量测量仪表应用研究的意义流量测量技术和仪表类型繁多，测量对象复杂多样，决定了流量测量仪表在应用技术上的复杂性。它与传统意义上度量衡计量器具的应用有很大差别，它不是简单地将流量计安装好，开表投运就一定能达到测量目的。有两位专家对现场装用着的千余台流量仪表进行调查，发现约有60%所选择的测量方法不是最合适或不正确，其余的40%中，约有一半虽然测量方法合适，却存在现场布置和安装的不合理现象，这些不合适、不正确和不合理，带来了相应的测量误差。因此流量测量是一种强烈依赖于使用条件的测量，在实验室，流量计可以得到极高的精确度，但是在使用现场，一旦流体条件或环境条件有大的变化，不仅精确度无法保证，甚至无法进行正常测量。一台流量计出厂校验其误差优于土0. 5%，但是新的仪表安装到现场开表后误差可能增至土5%～±10%井不罕见。造成这种情况的原因多种多样，如选型不合理，量程不合适，上下游直管段长度不足，安装不正确，流体物性偏离设计状态太大，工况条件超过允许值，脉动流影响，振动等环境条件太严酷等，还可以举出很多。因此流量测量是一个系统问题，包括检测装置、显示装置、前后直管段、辅助设备。而应用技术的研究，还包括测量对象本身，仅仅流量计本体性能好并不能保证获得要求的测量效果。流量测量仪表应用技术研究的目标是正确的使用，主要有下面几个具体内容。 (1)提高开表率在仪表设备管理中，开表率的定义是：（仪表总台数一未正常使用的仪表台数）／仪表总台数。因此，提高开表率就是要减少无法投入正常使用的仪表。在设计院中，自控专业所设计的测量系统，开表率是反映设计人员工作质量和技术熟练程度的重要指标之一，经验丰富和认真负责的设计人员，能使开表率达到95%以上，或通过整改达到 95%以上。但是在市场经济的条件下，工程公司往往对业主实行交钥匙承包做法，要求做到的开表率就不是95%，而是100%，所设计的仪表系统如果不能正常投入使用，若为工程公司责任，那就得进行整改或更换仪表，这就意味着经济损失。因此，仪表应用技术的研究具有现实的经济意义。开表率是仪表应用技术水平和仪表本身品质的综合表现。测量方法和仪表对测量对象、使用环境的匹配、协调、优化，以及在此之前的设计选型和安装调试等环节都是影响开表率的重要因素。近些年来，我国的流量测量仪表应用技术水平获得了长足的进步，流量测量仪表的开表率有了很大提高，这一方面是由于仪表人员整体技术水平有了明显提高，责任意识有所增强，更重要的是仪表的品质比以前计划经济年代有了大幅度提高，进口仪表和引进国外先进技术组装的仪表比重在上升，尤其是仪表普遍实现智能化后，测量范围可调比大大扩展，以前由于测量范围选择不合适而无法投入正常使用的仪表，通过变更量程一般都能投入使用。 (2)保证测量精确度流量测量精确度指的是流量测量系统所获得的精确度，它同流量计本身的精确度是有区别的。仅仅流量计本身性能好，精确度高，并不一定能获得较高的测量精确度。要保证流量测量系统的精确度，除了合理的选型，正确安装与调试，及时的维护和保养之外，应用智毹化技术对测量部分可能引入的误差进行恰到好处的补偿和校正也是一项有效的方法。例如对液体的温度膨胀系数进行补偿，对气体的温度、压力和压缩系数进行补偿，对差压式流量计的雷诺数影响和流束膨胀系数进行补偿，对各种流量计流量系数的非线性进行补偿，对容积式流量计、涡街流量计的温度影响进行补偿，对超声流量计的速度分布进行补偿等。这种补偿和校正是用系统的方法将检测部分所固有的、依靠其本身无法得到克服的误差进行处理，使之消除或得到基本消除。实践表明，这一方法简单有效，很有发展前途。这一方法将在本书第8章作详细介绍。在保证测量精确度诸多的方法中，在线实流校准占有重要地位。以前大多采用离线方法校准流量计，使用该方法检定的流量计经误差修正后虽然精确度较高，但因其检定时管路的参比条件与实际使用时不同，检定时流体性质与实际使用的流体有差异，检定时的环境条件与仪表使用场所的实际环境不相同，从而造成附加的使用误差，降低了测量精确度。在线实流校准法是解决这一问题的有效方法。例如，油品计量站在建设阶段就预留标准体积管连接口，接入标准体积管后，通过阀门切换可以实现对计量站中各台流量计实现在线实流校准。现在，在天然气的分配站乜要求采用在线实流校准的方法。 (3)提高流量测量系统的可靠性用于安全联锁报警的流量仪表如果不可靠，应该联锁动作时不动作，容易酿成事故，不该动作时乱动作，容易导致不应有的停车，造成损失。工业炉窑中的燃料流量计如果不可靠，造成流路堵塞，容易导致炉子熄火，酿成事故。用于过程控制的流量仪表如果不可靠，容易为调节系统发出错误信息，导致调节系统失调，破坏生产过程的稳定，影响产品的质量、产量和物耗，造成损失。用于财务结算计量的流量计如果不可靠，容易引起计量失准，引发计量纠纷和为企业带来损失。可以看出，流量仪表的可靠性是极为重要的。提高流量测量可靠性的途径主要是提高仪表本身的可靠性，选用可靠性高的仪表和进行可靠性设计。近年来，流量测量仪表的可靠性获得了显著的提高，主要表现在以下几方面。 ①仪表本身的可靠性有了显著提高。 ②通过改进仪表的结构设计，使系统可靠性获得提高。例如采用不断流插入式结构，可在不影响工艺操作的情况下更换流量计。超声流量传感器的夹装式结构，电磁流量传感器电极的带压更换结构，涡街流量传感器采用管外安装超声探头的结构等，都能在仪表损坏后的修理过程中大大缩短修复时间。 ③引入冗余技术。如采用双传感器，并对传感器的正常与否进行自动判断，将发生故障的那路信号予以剔除。 ④引入自诊断技术，并通过现场总线将诊断结果送到操作站或专用的设备管理系统 (AMS)予以显示报警，以及时发现故障，及早采取措施。 (4)节省费用这里所说的费用除了仪表购置费之外，还应计入附件购置费、安装调试费、运行费、备品备件费、维护和定期校准（检定）费，而仪表的平均寿命摊入的折旧费也是不可忽视的。有些类型的流量计虽然购置费较低，但必须增设上下游切断阀和旁通阀等辅助设备，有时辅助设备的费用大大超过流量计本身的购置费。在仪表选型中应避免片面追求高性能，高精确度，因为这样做不仅增加了购置费，而且往往备品备件费也相应增加。最优的设计选型是在满足使用要求的前提下，仪表的可靠性最高，维修方便，费用最省的那个方案。 (5)安全性有些被测流体属易燃易爆介质，有些仪表安装场所属易燃易爆场所，仪表的选型、系统设计和安装都应符合院爆规程。除了上述目标之外，还应满足使用的其他要求，如压损要求、卫生要求、防护要求等，还应注意维修方便，有的还应考虑便于实施强制检定。

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