取樣流量傳感器的應(yīng)用與發(fā)展
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時(shí)間：2013-10-10
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管道的流速分布是否均勻，或符合一定的規(guī)律；
流速測(cè)量是否準(zhǔn)確；
管道截面測(cè)量是否準(zhǔn)確。
流速分布
直勻流
按流量的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間S通過(guò)管道（或通道）的流體容積m3（或質(zhì)量kg）。如下式：
流量q v = AV = m 2 .×[m／s]= m 3 /s。 （1）
式(1)中的A為管道的橫截面積(m 2 )，V為通過(guò)此截面的流速(m／s)。如果管道中的流速分布為流體力學(xué)中的直勻流，即管道截面中的流速V為常數(shù)，流量測(cè)量就十分簡(jiǎn)單了。問(wèn)題在于在工業(yè)管道中欲取得直勻流無(wú)異于緣木求魚(yú)，完全沒(méi)有可能。
充分發(fā)展紊流* 2
流程工業(yè)從其本身的工藝要求出發(fā)，在管道中須安裝形形色色的管配件（如閥門(mén)、彎頭、歧管、變徑管、過(guò)濾器等）。由于它們的形式及組合方式極多，所引起的管內(nèi)流速分布也千變?nèi)f化，難以估計(jì)。
好在實(shí)際流體均有黏性，在流動(dòng)過(guò)程中將因粘性會(huì)帶動(dòng)（或制約）相鄰層面的流體，經(jīng)過(guò)約30D（D為管內(nèi)徑）直管段長(zhǎng)度后，其流速分布將不再變化,工業(yè)中稱(chēng)為充分發(fā)展紊流，可用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述。必須強(qiáng)調(diào)：只有在充分發(fā)展紊流中取樣流量傳感器才可能取得一定的準(zhǔn)確度，并已有相關(guān)一些標(biāo)準(zhǔn)（ISO3354、ISO7145、ISO3966----）予以確認(rèn)。
現(xiàn)場(chǎng)能提供充分發(fā)展紊流嗎?
隨著現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大管徑日益增大，以及工業(yè)用地的日趨緊缺，現(xiàn)代流程工業(yè)不可能考慮流量傳感器準(zhǔn)確度的需要，提供30D的直管段長(zhǎng)度，所以當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不可能具有充分發(fā)展紊流，流速分布千變?nèi)f化，而且還可能存在漩渦。
采用測(cè)一點(diǎn)流速（如雙文丘里；熱式；插入式渦街、渦輪；測(cè)管-----），及直線上多點(diǎn)流速(如各種類(lèi)型的均速管)來(lái)推算流量，將會(huì)得到極大的誤差，并出現(xiàn)了流量增大輸出差壓反而減小的現(xiàn)象，完全無(wú)法有效測(cè)量流量。這說(shuō)明了流速分布對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確度的重要性。
面對(duì)千變?nèi)f化的工業(yè)流場(chǎng)，如要準(zhǔn)確測(cè)量流量，從理論上講，可盡量按（2）式增加流速的測(cè)點(diǎn)以充分反映管道中的流速分布，顯然難以實(shí)現(xiàn)。工程中是將管道（含通道，如江、河）中某一截面劃分為有限的單元面積Ai，并假設(shè)流經(jīng)其中的流速Vi近似相等（3式）。這種方法也稱(chēng)為速度—面積法(Velocity—Area Method)。
q v= ∫ f
0 V i dA（2）
q v= ∑ n
i =1 ViAi （3）
流速測(cè)量
從以上三個(gè)公式可見(jiàn)，式中的vi即流速，廠家所生產(chǎn)的“插入式“流量傳感器實(shí)質(zhì)上只是一個(gè)流速傳感器，它必須插入到管道中，才能成為流量傳感器。以測(cè)管道中單點(diǎn)流速推算流量的這類(lèi)傳感器，如：雙文丘里；皮托管；插入式渦街、插入式渦輪、測(cè)管---等應(yīng)在風(fēng)洞中標(biāo)定，確定其流速系數(shù)。因?yàn)橹挥酗L(fēng)洞才可能產(chǎn)生一個(gè)截面上流速完全相等的直勻流，可在同一截面上安置一個(gè)流速基準(zhǔn)，以比對(duì)方式確定上述插入式流量傳感器的流速系數(shù)。
而對(duì)于測(cè)管道直徑上多點(diǎn)總、靜壓以推算流量的流量傳感器，如均速管則不同，它應(yīng)在充分發(fā)展紊流中標(biāo)定以確定其流量系數(shù)。因?yàn)槎帱c(diǎn)的總、靜壓在均速管內(nèi)平均后輸出的只有一對(duì)總、靜壓，管內(nèi)的平均過(guò)程比較復(fù)雜，由此推算的流速并不等于管道中的平均流速。不少?lài)?guó)外名牌均速管廠家，均照此辦理，不過(guò)管徑僅0.3~0.4米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使用管徑。說(shuō)明即使這些名牌廠家用于1~2米的均速管，其流量系數(shù)也是推算的，不可能準(zhǔn)確。
管道截面
上述公式說(shuō)明，取樣流量傳感器測(cè)流量都必須考慮流通面積的大小，而生產(chǎn)廠家往往只精心制作流量傳感器本身，忽略了它的重要伙伴—管道的存在。從此類(lèi)傳感器的誤差分析來(lái)看，截面的誤差對(duì)流量準(zhǔn)確度的影響將四倍于流量傳感器輸出差壓的誤差，說(shuō)明準(zhǔn)確測(cè)量流通截面的重要性。此外，還有以下幾個(gè)概念需說(shuō)明：
公稱(chēng)內(nèi)徑
這類(lèi)傳感器因采用插入安裝形式，難以準(zhǔn)確測(cè)量管道內(nèi)徑，用戶(hù)計(jì)算時(shí)多按公稱(chēng)外徑減兩倍管壁為內(nèi)徑。但由于壓力等級(jí)不同，實(shí)際所用管道內(nèi)徑并非是公稱(chēng)內(nèi)徑；其次，管道在長(zhǎng)期使用后，由于腐蝕、污染、積垢---等原因，也會(huì)有較大變化。
評(píng)論