插入式涡街流量计比对方法探讨

2005年8月

摘要  简单介绍了插入式涡街流量计的构成及点流速计型的插入式涡街流量计的标定方法。简单分析了用水泵流量比对，便携式超流量计比对方法的缺点，提出了插入式涡街流量计的标定修正比对的快速查表法，实例证明该方法是有效可行的。

关键词   插入式涡街流量计   比对   标定修正比对法

0  引言

   插入式涡街流量计因其价格低、重量轻、压损小、易于安装与维修等特点，在大口径流量的测量中具有突出的优势，目前我公司的大口径水流量的测量上普遍采用插入式涡街流量计。随着近年来公司各项节能降耗措施的实行，各使用单位对水量计量数据的准确性要求也越来越高，公司内部关于大流量水量计量数据的准确性一直存在较大争议，因此必须尽快找到一种简单有效的方法对插入式涡街流量计的测量数据予以比对，以正确评估仪表计量数据的准确性。

1  插入式涡街流量计简介

   插入式涡街流量计属于点流速计型插入式流量计，它由测量头、插入杆、插入结构、转换器和仪表壳体（测量管道）组成。

当测量头插于管道中某一特定位置（一般为管道轴线上或管道平均流速处），测量出介质在该处局部流速，然后根据管道内介质流速分布及仪表与管道的几何参数等推算出管道内的流量值。

插入式涡街流量计的测量头为脉冲一频率型。其流量计算公式为：

                                    （1）

式中：q_v为体积流量，m³/s；f为流量计的频率，Hz；K为流量计的仪表系数，1/m³。

2 插入式涡街流量计的标定

   点流速计型插入式流量计的标定方法有两种：流量计法和流速计法。

   流量计法是对整台流量计进行标定，其标定设备和方法与满管式流量计相同，但由于点流速计型插入式流量计常用于大口径流量的测量，因此其相应的标定设备和标定费用昂贵，无法被普遍采用，只有在某些特定场合（如技术监督部门对流量计测量结果的仲裁、流量计的定型试验等）使用。

流速计法是把流量计的测量头当作是一台流量计来标定。首先测得测量头的仪表系数K₀，然后根据使用现场的流体及管道条件确定修正系数，再根据管道横截面面积推算出整台流量计的仪表系数K。对于流速计法所用的标准标定装置，介质为液体则采用直线明槽，气体采用低速风洞。

一般流量计生产厂家并不具备上述两种标准装置，实际较多采用变通方法即用圆管流量标准装置对测量头进行标定以确定测量头的仪表系数K0，但必须同时确定该装置试验阶段的某些修正系数。

点流速计型插入式流量计的仪表系数K通常是由标定出的测量头的仪表系数K₀经修正计算得到。仪表系数K的计算修正公式为：

                                        （2）

式中：K₀为测量头的仪表系数，1/m³； 为速度分布系数； 为阻塞系数；A为测量管道的横截面面积，m²。

3 插入式涡街流量计测量数据的比对方法

  长期以来，我公司使用的插入式涡街流量计自投用之时起，就一直使用仪表的出厂数据，经过仪表的几个使用周期，由于工艺与现场环境的变化、介质对测量头的腐蚀与磨损、仪表电子转换器性能劣化等原因都有可能影响仪表的测量精度。由于公司不具备检定插入式涡街流量计的标准装置，在仪表测量数据误差较大时，常使用如下一些方法对测量进行简单的比对。

3.1  用水泵流量比对

以前，当使用单位的操作人员对插入式涡街流量计的测量数据产生怀疑时，往往以水泵铭牌上“规定性能点”的额定流量或以泵典型压力－流量特性曲线对应的流量读数来进行比对，如果两项流量值不一致则认为仪表不准确，立即通知仪表维护人员进行检查，可是经仪表维护人员检查后又未发现仪表出现异常，因此双方各持己见并产生争议。

其实以水泵流量比对仪表流量值常会造成误解，因为泵的输送流量是由泵的特性曲线和管系负载特性曲线交汇点所确定的，它随着运行负载特性而变化，水泵铭牌上标明的额定流量是指在某一规定条件下的流量，而大部分情况下实际流量与额定流量，而大部分情况下实际流量与额定流量是不会一致的。此外，水泵的额定流量也规定允许有4％~8％的容差，同一规格的各台水泵的压头－流量特性曲线与典型曲线也会有相应的差异，输送流量也不尽相同，即使是水泵的实测压头－流量特性，流量值与真实值之间也可能有2％～3.5％的误差，所以不能用水泵的流量值作为判别流量仪表准确是否的依据。但是日常运行时可以进行互相参照，若出现差值有异常变化时，可作为故障现象，以便进一步检查水泵、仪表与管系，确定故障原因。

3.2 用便携式超声流量计比对

我公司近几年来先后引进了美国保丽声POLYSONICS  DCT7088型、日本富士FUJI FLD/C型便携式超声流量计，用于评估管网的流动状况和能量/物料平衡，或用作核查管道上已安装的其他流量仪表的运行状况。为了解决公司内部大流量水量计量数据的准确性的争议，我们曾尝试用便携式超声流量计对水量核算，并进一步用它来与插入式涡街流量计的测量数据进行比对。然而用传播时间法进行测量的便携式超声计，要通过定标计算介入现场管道流通面积和传播距离，其测量误差不仅与夹装位置、管道的特性如管壁材料和厚度，锈蚀状况、衬里材料和厚度以及声耦合变化等因素有关，还与安装调试人员的技术水平有关，且使用较为复杂，一般人员不易掌握，在实际使用时，仪表测量结果不稳定，测量精度无法保证，很难提供有效的数据结果。因此目前用便携式超声流量计与插入式涡街流量计的测量数据进行现场比对的条件暂不成熟，还需经过进一步的探索，以便积累经验。

3.3 插入式涡街流量计的标定修正比对法

虽然通过相应的理论分析和检修、调试等措施能够改善插入式涡街流量计的现场使用情况，可是最终要解决对流量仪表计量数据准确性的争议，最有说服力的还是有效数据。

我公司目前拥有一套静态容积法水流量标定装置，其最大工作口径为300mm。我们尝试把现场存在争议较大的插入式涡街流量计拆下，安装在标定装置300mm口径的管线上，用流量计法对整台流量计进行标定，通过实流标定得出数据，并全面分析该仪表在这一口径条件下的线性、重复性与精度，分析仪表的使用性能是否合格，并进一步作有关调试，使仪表达到最佳使用状态。

现在的问题是，在现场安装管道的几何参数与实验条件不同的情况下，如何确定仪表在现场的使用数据？由仪表系数K的计算修正公式（公式2）可知：对于同一台插入式涡街流量计，其K₀值在相同时刻是唯一确定的，经过在流量标定装置（300mm口径管线）标定并调试合格的仪表本身是没有问题的，因安装现场的管径等条件不同而使仪表的实际使用系数为K′,K′仅与 参数有关，因而我们可以通过计算确定 ，从而完成比对。

3.4  插入式涡街流量计的标定修正比对法速查法

因为通过公式计算 相当繁琐，不易被大家掌握,作者结合自己长期积累的一些经验与体会，编制了速查比对表（注：本表编制以D=300mm的数据为基准求比值，以便快速换算），如表1、表2所列。

表1  不同口径A、 比速查表

D/mm	300	400	500	600	700	800	900	1000
A	1.000	1.778	2.778	4.000	5.444	7.111	9.000	11.111
	1.000	1.021	1.033	1.041	1.047	1.052	1.055	1.058

表2  比速查表

D/mm
	0.3	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
300 400 500 600 700 800 900 1000	1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.008 1.008 1.008	1.000 1.000 1.008 1.008 1.008 1.008 1.008 1.008	1.000 1.000 1.000 1.016 1.016 1.016 1.016 1.022	1.000 1.016 1.016 1.016 1.022 1.022 1.026 1.028	1.000 1.000 1.006 1.006 1.010 1.011 1.015 1.015	1.000 1.006 1.006 1.011 1.015 1.015 1.015 1.019	1.000 1.006 1.011 1.015 1.015 1.015 1.019 1.022

采用流量计法把插入式涡街流量计在300mm管线标定并调试合格，确定D＝300mm时仪表的标定系数K，再通过查表1、表2，即可得出实际使用管径条件下与在300mm管径条件下的 的比值，从而换算出仪表在实际使用口径条件下的仪表系数K′，进而完成插入式涡街流量计的标定修正比对。

3.5 插入式涡街流量计标定修正比对法的应用实例

我公司循环水厂中采用SX88－900L1B2型插入式涡街流量计（4～20mA模拟输出型）进行水量计量，长期来循环水厂对该表的测量数据有很大的争议，若用水泵的流量值作为基准比对则仪表的测量误差高达20％。虽然上文已说明不能用水泵的流量值作为判别流量仪表准确与否的依据，但在日常运行中又将它们相互参照使用。经技术人员对水泵、仪表与关系的仔细检查，确认两者明显差值为是仪表系数造成的。

拆下插入式涡街流量计，并按标定修正比对法进行一系列操作，同时对放大器进行相应调试等，取得有效数据：仪表出厂时根据使用现场工艺条件，厂房计算给出仪表最大流量Q_max＝6000m³/h，满度频率fmax＝41.2Hz；安装在300mm口径的管线上用流量计法对整台流量计进行标定，通过实流标定得出仪表系数K＝202.951，再通过查表1、表2，得出实际使用管径900mm条件下与在300mm管径条件下的 （比仪表常用流量计算）、 、A的比值分别为1.016，1.055，9.000，计算修正出仪表在900mm口径条件下的仪表系数K′＝K/（1.016×1.055×9.000）＝21.038，再换算成满度频率f_max＝41.2Hz时的仪表实际最大流量Q_max＝7050m³/h即完成插入式涡街流量计的标定修正比对。经过进一步估算，修正结果与传统理论计算误差约为0.5％左右，能够满足现场的测量需要。

另外，仪表安装道现场后，可根据实际情况仪表放大器的增益与灵敏度进行适当调试，使仪表达到最佳运行状态，这一点也十分重要。

4 结束语

  经过一段时间的试验，证明用标定修正比对法获取仪表实际使用数据是有效可行的。我们应用该方法修正了一批测量数据偏差较大的插入式涡街流量计的仪表数据，并得到各方的认可，确保了公司大流量水量计量数据的准确。当然，由于插入式涡街流量计的测量精度受现场管道、仪表的安装等情况影响较大，修正系数本身的测算也存在一定的误差，因此有许多问题还有待进一步探讨。