影響渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的主要因素有哪些

渦輪流量計(jì)只有在應(yīng)用合理的條件下，才能在其整段量程上保證標(biāo)稱精度。因此，必須了解如何估算各種因素對(duì)流量計(jì)性能的影響。對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合尤其重要。

最常用的流量傳感器大概要算是軸流式渦輪流量計(jì)了。它能發(fā)生與流量成正比的頻率信號(hào)；體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、量程寬、響應(yīng)快、而且壓降也比較小，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與體積流量成正比，且在20:1的量程上能達(dá)到±0.25%的精度和±0.05%的復(fù)現(xiàn)性。但這只能在所有影響流量計(jì)性能的干擾因素得以控制的情況下才成立。

一體化智能渦輪流量計(jì)制造廠提供的標(biāo)定系數(shù)通常是以水為基準(zhǔn)的。條件是粘度為1mPa·s，比重為1.0。另外，在標(biāo)定時(shí)也盡量滿足其它理想條件，如流速穩(wěn)定、不夾帶氣體、無(wú)污物、水溫接近環(huán)境溫度，并維持足夠高的管道壓力以避免在**流量時(shí)出現(xiàn)氣穴。還有儀表在標(biāo)定時(shí)多采用水平位置。

然而，在真正的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中卻存在著許多影響流量計(jì)性能的重要因素。其中包括粘度和密度的變化，上游及下游管道的影響、夾帶的氣體、污濁物、液體壓力、氣穴作用、液體溫度及儀表的安裝方位等等。

1、粘度/密度影響程

介質(zhì)的粘度是渦輪流量計(jì)應(yīng)用中的一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。隨著粘度的增大，整個(gè)量程的小流量段要比大流量段受到更大的影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果粘度以m2/s（108cst）為單位，在保持流量計(jì)性能的前提下，**允許粘度為該流量計(jì)通徑的2.5×10-6倍。例如，有一臺(tái)4寸的流量計(jì)，若維持其線性度在±0.5%的范圍內(nèi)，則允許介質(zhì)粘度可以大到1×10-5m2/s（10cst）。盡管渦輪流量計(jì)的線性度隨著粘度的增大而變?cè)悖鋸?fù)現(xiàn)性卻保持不變。這意味著若配上智能顯示儀或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，渦輪流量計(jì)還有可擴(kuò)展的應(yīng)用余地。

液體渦輪流量計(jì)量程的小流量段性能還受介質(zhì)密度的影響。當(dāng)比重小于0.70時(shí)，儀表量程將會(huì)減小到其標(biāo)稱量程乘以比重的平方根。這里提供的僅是一種粗略的估算方法，但對(duì)液烴的流量計(jì)量?jī)x表選型卻有很重要的指導(dǎo)意義。它們的比重大都在0.50～0.80之間，粘度也很小，最適宜用渦輪量計(jì)計(jì)量。例如有一臺(tái)1寸渦輪流量計(jì)，其規(guī)格中給出的線性量程為1.5～15m3/h，即10:1.當(dāng)用于計(jì)量比重為0.50的介質(zhì)時(shí)，其線性量程將減小到7:1。若還要求10:1的線性量程，則需要提供一臺(tái)稍加修改的流量計(jì)，有時(shí)量程也得遷移。

2、入口條件對(duì)精度至關(guān)重要

在標(biāo)定流量計(jì)時(shí)，通常使其入口流束處于充分的紊流狀態(tài)且無(wú)渦流。這樣的理想狀態(tài)需設(shè)置較長(zhǎng)的直管段。而在實(shí)際應(yīng)用中，流量計(jì)有時(shí)不得不安裝在靠近泵、變徑短節(jié)、彎頭及閥之類的管接件附近，這些東西都會(huì)干擾流量計(jì)入口流束的狀態(tài)，從而影響流量計(jì)的精度。

根據(jù)流量計(jì)的設(shè)計(jì)要求和所能提供的管段內(nèi)側(cè)直度，多數(shù)廠家都推薦流量計(jì)上游側(cè)設(shè)10D到20D的直管段、下游側(cè)設(shè)5D的直管段以保證其性能（D為流量計(jì)通徑）。

以10D到20D上游直管段為準(zhǔn)則而產(chǎn)生的安裝誤差通常遠(yuǎn)小于±1%。當(dāng)然這不包括上游側(cè)含有小口徑閘閥及二個(gè)以上90°彎頭的場(chǎng)合，如有嚴(yán)重的渦輪產(chǎn)生，則必須在流量計(jì)的上游側(cè)裝整流器，對(duì)于這種應(yīng)用，只有把整流器與流量計(jì)作為一個(gè)整體一起進(jìn)行標(biāo)定才能達(dá)到**精度。因?yàn)檫@樣可以消除由整流器本身引起的平均標(biāo)定系數(shù)偏差。

對(duì)要求精度極高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如管道密閉傳輸?shù)木珶挳a(chǎn)品，消除安裝誤差的**方法是用流量計(jì)標(biāo)定裝置去標(biāo)定安裝就位的流量計(jì)。

3、除氣器解決二相流問(wèn)題

經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置可以看出既使標(biāo)定液中夾帶很少量的空氣也會(huì)導(dǎo)致被標(biāo)流量計(jì)K系數(shù)上升幾個(gè)百分點(diǎn)。具體關(guān)于水中游離狀空氣影響儀表性能的問(wèn)題，英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)所對(duì)此作出了定量的驗(yàn)證。他們對(duì)12臺(tái)規(guī)格不同的渦輪流量計(jì)進(jìn)行了考證。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)水中的氣體體積含量?jī)H為2%時(shí)，大多數(shù)流量計(jì)的記錄綜合誤差在1%～10%左右。

不可置疑，精確的計(jì)量必須安裝除氣器，確保被測(cè)液體中不含夾帶空氣或天然氣。當(dāng)管道壓力低至產(chǎn)生氣穴時(shí)也會(huì)出現(xiàn)二相流；這是含氣相流體的又一種形式。通常規(guī)定一個(gè)最小下游壓力。記為Pmin而且Pmin=A（△p）+Bpo式中△p是流量計(jì)上的壓力降，p是被測(cè)液體的蒸汽壓，A及B由實(shí)驗(yàn)確定。作一般性計(jì)算時(shí)，取A=2、B=1.3就足夠了。

4、過(guò)濾器對(duì)付污濁物問(wèn)題

渦輪流量計(jì)軸承磨損的主要原因來(lái)自工藝介質(zhì)中堅(jiān)硬的磨蝕性顆粒。另外，顆粒還會(huì)堵塞軸承，尤其是滾珠軸承。解決流體中固體污濁物的方法就是在流量計(jì)上游側(cè)設(shè)置過(guò)濾器。其濾芯目數(shù)及大小與流量計(jì)口徑有關(guān)，具體配置可見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如美國(guó)儀表協(xié)會(huì)標(biāo) 準(zhǔn)的RP.31.1號(hào)出版物）。當(dāng)然，現(xiàn)在有一種碳化鎢制成的套筒式軸承特別堅(jiān)硬（洛氏硬度達(dá)A90～A92），成功地應(yīng)用于含沙、鐵銹及其它固體顆粒污濁物的工藝流體計(jì)量中。據(jù)報(bào)告記載已有用于含沙原油計(jì)量達(dá)數(shù)年之久的這種軸承。經(jīng)驗(yàn)還表明這種軸承也可用于非潤(rùn)滑性流體，如氨及輕烴的計(jì)量中，這種場(chǎng)合實(shí)質(zhì)上屬于干磨擦。但這并不是說(shuō)就不需要裝備過(guò)濾器了，因?yàn)檫€有一個(gè)塞卡流量計(jì)葉輪的問(wèn)題。

有的流量計(jì)在不工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)干沽，這又帶來(lái)一個(gè)在軸承上形成膠質(zhì)、清漆或其它沉淀物的可能性。在重新啟用這樣的流量計(jì)時(shí)，這些沉淀物會(huì)在起初一段較短的時(shí)間里影響其量程小流量段的性能。如工藝介質(zhì)中含有這類不可過(guò)濾的污染物，則應(yīng)保持這段裝有流量計(jì)的管子始終充滿液體。

5、尺寸變化的影響

用重量單位來(lái)表示流量就得知道介質(zhì)的溫度，并算出密度，或用密度計(jì)直接讀取密度值。

溫度變化會(huì)改變流量計(jì)轉(zhuǎn)子和殼體的尺寸，從而也的確會(huì)影響其K系數(shù)。計(jì)算熱膨脹影響的近似公式為△K/K=-3β（T-To）。式中△K/K是K系數(shù)變化率，β是流量計(jì)殼體的膨脹系數(shù)，To是標(biāo)定時(shí)液體的溫度，T是工況下液體的溫度。

6、安裝方位對(duì)標(biāo)定值的影響

當(dāng)儀表在現(xiàn)場(chǎng)管道中的安裝方位與標(biāo)定時(shí)的相同時(shí)，精度最高。按流量計(jì)安裝方位的不同，其軸承上的負(fù)荷也不同，這是造成K系數(shù)不同的主要原因。因?yàn)檫@種負(fù)荷上的變化改變了轉(zhuǎn)子上的磨擦阻力矩。在儀表的下三分之一段量程上這種影響最明顯。所造成的誤差的大小和正負(fù)完全取決于所用流量計(jì)的具體規(guī)格。作為結(jié)論，這里闡明 一下，盡管我們討論了許多關(guān)于渦輪流量計(jì)的局限性，但比起其它類型的流量計(jì)它并不算多的。它仍不失為一種被許多應(yīng)用所選中的流量計(jì)，尤其是要求精度較高的場(chǎng)合。還有一些渦輪流量計(jì)的特性這里沒(méi)有考慮。如超量程、 反向流、高壓的影響；小規(guī)格流量計(jì)流體潤(rùn)滑性 的影響；流束狀態(tài)波動(dòng)的影響；加速度及振動(dòng)的影響。 因?yàn)樗羞@些影響只涉及某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合。