溫壓補償渦街流量計在能源計量中的應(yīng)用及前景

渦街流量計是國內(nèi)外近一、二十年迅速得到了廣泛的應(yīng)用的一種新型的計量儀表，大有逐步替代傳統(tǒng)的節(jié)流裝置＋差壓變送器組成的流量測量儀表的趨勢，它之所以倍受青睞，是因為它的性價比高、測量準(zhǔn)確、量程比寬及維護簡單等特點決定的。

　　但是，普通的渦街流量計和其它類型的流量計 一樣，都有一個明顯的缺點，那就是在蒸汽或氣體流量測量中，如果工藝狀況變化太大，導(dǎo)致其密度值不恒定，偏離設(shè)計值過多，將帶來很大的誤差。而我們在實際的能源計量工作中，這種情況遇到很多，由于各方面的原因，有些管道內(nèi)的蒸汽或氣體不可能同設(shè)計值一樣，恒定在一個溫度值和壓力值不變，總是有很大的波動。因此我們不得不在流量計前后加裝壓力傳感器和溫度傳感器，再將信號送入二次顯示儀表 進行溫壓補償以修正密度，來減小測量誤差。但是這樣做帶來了安裝、維護及成本等諸多問題。

　　因此，我們希望有一種集成度高的渦街流量計 來解決此問題。今年，我們試用了江蘇鴻瑞儀表公司 的集高精度溫度、壓力、流量傳感器和智能流量軟件計算于一體的渦街流量計，從投用到現(xiàn)在，應(yīng)用的效果非常好。下面，我簡單介紹一下這種四合一的渦街流量計：

一、原理及結(jié)構(gòu)
1、測量原理：溫度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器將分別檢測到的信號送入表頭電路板，電路部分對這三組信號分別進行處理，并通過自身的軟件，自動地利用測得的溫度、壓力值，換算或查出出工況下的密度值，再修正到流量值里，最后以電流或頻率的形式輸出到二次顯示儀表。在某些不便提供電源的場所，還可選用電池供電的就地指示型，此時成本更加低廉，因為二次顯示儀表都可以省去。

2、結(jié)構(gòu)及構(gòu)成
　　一種四合一的渦街流量計，在三角擋體的后面便是流量傳感器，可以測量渦街的旋渦頻率，它可以是壓電式，也可以是電容式（電容式的性能更佳）；再往下游安裝有溫度傳感器，用以測量管道內(nèi)的介質(zhì)溫度；在三角擋體前安裝的是壓力傳感器，用來測量管道內(nèi)的介質(zhì)壓力，三個傳感器的輸出信號都接到了表頭電路部分，由其統(tǒng)一處理。

　　綜上所述，這種渦街流量計已經(jīng)實現(xiàn)了三種傳感器與電路軟件的統(tǒng)一集成，即四者合為一體。

二、密度補償

　　首先，讓我們分析一下為什么要對測量氣體或蒸汽進行密度補償。眾所周知，渦街流量計所直接測得的都是工況下的體積流量，我們對氣體、蒸汽等一般都是以質(zhì)量流量來結(jié)算，這就涉及密度問題，也就是說，我們執(zhí)行了下面的數(shù)學(xué)模型：
　　　　　　　　　　　　　W　＝　Q·ρ
其中：
　　W：質(zhì)量流量；
　　Q：工況下的體積流量；
　　ρ：工況下的密度；
　　下面舉個例子來說明密度的重要性。在過熱蒸汽流量測量中，假定設(shè)計工況下的壓力為10kgf/cm2（A）、溫度為300℃，此時的流量為30t/h（W設(shè)），查密度表ρ＝3.800kg/m3。而實際工況下的壓力卻在10.0～1110kgf/cm2（A）、溫度在300～320℃的范圍內(nèi)波動，亦即工況下密度最高可達4.191kg/m3　（ρ1），最低可達3.660kg/m3　（ρ2），那么此時流量的指示值為：
　　W1＝ρ1/ρ·W設(shè)＝4.191÷3.800×30＝33.09t
　　W2＝ρ2/ρ·W設(shè)＝3.660÷3.800×30＝28.89t
　　亦即實際上的蒸汽流量應(yīng)該在28.89～33.09t/h的范圍內(nèi)變化，此時與設(shè)計值相比，其誤差：
　　σ平均＝σ1＋σ2　＝（W1－W設(shè)）/ W設(shè) ＋（W2－W設(shè)）/ W設(shè)　
＝（28.89－30）/30＋（33.09－30）/30＝6.6%
　　此時誤差大小顯而易見，說明密度如果搞不準(zhǔn)，將會給影響最終的質(zhì)量流量指示，帶來較大的偏差。由于實際工藝狀況的波動性，我們就必需加溫壓補償以進行隨時的密度修正。
　　該渦街流量計的軟件中做的有三種模型的密度修正辦法：
1．飽和蒸汽：溫度查密度表；
2．過熱蒸汽：溫度、壓力查密度表；
3．一般氣體數(shù)學(xué)模型：
　　ρ＝ρ標(biāo)×（P+0.1013）×106　/（T+273.15）

　　前兩種模型是針對測量蒸汽用的，它是將蒸汽密度表格直接做到軟件中，流量計只要測得介質(zhì)的溫度、壓力，就可智能地進行密度查詢，并結(jié)合測得的體積流量進行自動計算，從而指示出質(zhì)量流量。第三種模型主要是針對一般氣體的，從公式中可以看出，它是在測得介質(zhì)的溫度、壓力后，根據(jù)事先輸入的標(biāo)況下的密度值，智能地換算成工況下的密度值，然后再結(jié)合測得的體積流量進行自動計算，從而指示出質(zhì)量流量的。

三、性能指標(biāo)

　　這種四合一的渦街流量計，具有以下卓越的性能：

1．性價比高：這種渦街流量計價格只比老的流量計貴了不到1/3，但其性能卻遠遠超過了后者。2．測量準(zhǔn)確度高：一方面，與普通的渦街流量計相比，在測量蒸汽或氣體時，由于采用了溫壓補償，修正了密度，其測量準(zhǔn)確度大大提高，這一點可在例子中明確見證；另一方面，由于軟件的功能，可在渦街流量計校驗時進行8段流量非線性修正，其準(zhǔn)確度等級在理論上可達到0.2～0.5%，3．量程比寬：它最高可達30：1。4．熱量損失小：因其無須伴熱，據(jù)有關(guān)資料顯示，在測量蒸汽流量時，它的熱量損耗只是同口徑孔板流量計的1/15，非常有待于節(jié)能。5．維護量小：其靜密封點僅為5處；三個傳感器均可拆卸，容易更換，故障判斷簡單；并由于減少了單元儀表，故障點也下降，很容易維護。6．成本低廉：由于集三種傳感器和軟件于一體，很自然就降低了成本。

四、結(jié)束語

　　在應(yīng)用了這種集成后的渦街流量計 ，取得了較好的計量效果的前提下，在分析了它的原理、結(jié)構(gòu)和性能后，我們不難看出，這種新款的渦街流量計將會成為同類流量計中的佼佼者，它將以高的性價比和高的準(zhǔn)確度等級而擁有加廣闊的市場，甚至?xí)蔀閷砹髁繙y量的主流產(chǎn)品，我們現(xiàn)在也正在積極推廣應(yīng)用這種新型的渦街流量計。