節流式差壓流量計為何青春依舊
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當管道或環(huán)境有振動(dòng)時(shí)，這種振動(dòng)也同樣作用在傳感器上，產(chǎn)生相應的電信號，當這種電信號的幅值大到一定的程度而高于分辨閾值后，也就混在旋渦產(chǎn)生的電信號里，經(jīng)放大、整形而送到輸出端，使輸出頻率偏高，而若實(shí)際流量為零，則表現為“無(wú)中生有”。
渦街流量計的耐振性與其本身品質(zhì)有關(guān)，按不同原理制造的渦街流量計，其耐振性也不同，一般說(shuō)來(lái)，用電容式傳感器制造出來(lái)的渦街流量計要比用壓電傳感器生產(chǎn)出來(lái)的儀表耐振性?xún)?yōu)越。不同品牌的渦街流量計，甚至同一個(gè)品牌但口徑不同、型號不同的產(chǎn)品，其耐振性也不同。
例如某外國知名品牌在中國組裝的產(chǎn)品，DN80 及DN80 以下的渦街流量計，耐振性較好，能耐受1g 振動(dòng)，而大口徑渦街流量計，耐振性就較差，DN≥150 時(shí)，不用說(shuō)管道振動(dòng)，就是在（一體式儀表）放大器盒旁邊用力拍手，儀表輸出都會(huì )應聲升高。
渦街流量計的耐振性同其安裝位置也有關(guān)系，盡管儀表說(shuō)明書(shū)中說(shuō)，渦街流量計既可垂直安裝也可水平安裝，但在實(shí)踐中發(fā)現，水平安裝（即發(fā)生體處于水平位置）的儀表，耐振性明顯降低。
渦街流量計在被測流體流速很低和零流量時(shí)，耐振性較差。這是因為旋渦對傳感器的推力，同管道中流體流速的平方成正比。被測流體流速很低和零流量時(shí)，旋渦對傳感器的推力小，產(chǎn)生的信號幅值低，因此信噪比也小，振動(dòng)產(chǎn)生的信號較顯著(zhù)。
渦街流量計的耐振性同其所測介質(zhì)的密度還有關(guān)。因為管道振動(dòng)時(shí)，傳感器隨管道一起振動(dòng)，在被測介質(zhì)為液體時(shí)，由于包圍在傳感器周?chē)慕橘|(zhì)是液體，密度大，對傳感器本身有良好的阻尼作用，所以，傳感器受振所產(chǎn)生的電信號幅值小，而如果包圍在傳感器周?chē)慕橘|(zhì)是氣體，則因阻尼較差，振動(dòng)所產(chǎn)生的電信號幅值大。
人們?yōu)榱烁纳茰u街流量計的耐振性進(jìn)行了長(cháng)期的研究，采取了一些措施，例如采用雙傳感器法，頻譜信號處理（SSP）技術(shù)等，都收到了一定效果。但在振動(dòng)較強烈的場(chǎng)所，渦街流量計應用還有困難。相比之下，節流式差壓流量計卻要優(yōu)越得多。
4 節流式差壓流量計具有較好的適應性
濕蒸汽從嚴格的意義上來(lái)說(shuō)，是屬兩相流體，當濕度較小時(shí)，例如干度在95％以上時(shí)，對渦街流量計和差壓式流量計影響均不大，即流量計能正常工作，只是測量誤差稍大，但濕度大到一定程度，對各種流量計均有較大影響，但影響的程度卻有顯著(zhù)差異。
人們在用渦街流量計測量濕蒸汽流量時(shí)，會(huì )出現一種“漏脈沖”現象，即在濕度不大，可以將蒸汽近似看作干蒸汽時(shí)，渦街流量計的輸出脈沖，與流過(guò)發(fā)生體的流體體積（流速）成正比，而濕度大到一定程度，這種正比關(guān)系就不成立了，輸出脈沖數比應有脈沖數明顯減少，如果濕度進(jìn)一步增大，甚至完全沒(méi)有脈沖輸出，這就是所謂的“漏脈沖”現象。
關(guān)于這種漏脈沖現象的機理，目前尚未見(jiàn)有資料作深入的分析，但這種現象是客觀(guān)存在的。
應用節流式差壓流量計來(lái)測量飽和蒸汽流量，有時(shí)也會(huì )碰到蒸汽帶水的情況，當流量計安裝在水平管道上時(shí)，管道底部會(huì )出現分層流動(dòng)的水。儀表制造廠(chǎng)一般在孔板的下部開(kāi)一個(gè)疏水孔，以防凝結水在節流件前面集聚，影響流通截面。在國家標準中，還給出了這種疏水孔所引入的誤差計算和修正方法[3]。對于安裝在垂直管道上的節流式差壓流量計，則勿需開(kāi)疏水孔，但由蒸汽帶水所引起的誤差是客觀(guān)存在的。因此，這里所說(shuō)的“具有較好的適應性”只是相對于渦街流量計而言。
5 輕微的流動(dòng)脈動(dòng)對差壓式流量計無(wú)明顯影響
流動(dòng)脈動(dòng)常見(jiàn)于工業(yè)管流，從現場(chǎng)儀表往往看不出流動(dòng)脈動(dòng)的存在，因而往往不被人們所注意。
流動(dòng)脈動(dòng)對大多數流量測量?jì)x表都有影響，使之示值升高，但影響的程度有很大差別。
流動(dòng)脈動(dòng)作用在渦街流量計的傳感器探頭上，脈動(dòng)的推力使之產(chǎn)生相應的脈沖輸出，因而使渦街流量計示值出現大幅度的升高，有時(shí)甚至是成數倍的升高[4]。
流動(dòng)脈動(dòng)影響渦街流量計的最常見(jiàn)的例子是安裝在減壓閥后面的渦街流量計，流量示值因脈動(dòng)而大幅度升高。
一個(gè)熱力公司要向為數眾多的熱用戶(hù)供汽，其供汽的最高壓力和最高溫度主要受鍋爐規格制約，而最低壓力，卻要受到用戶(hù)的制約。即供汽壓力值要求最高的用戶(hù)決定了管網(wǎng)的最低壓力。而對于另外一些用戶(hù)，這一供汽壓力又嫌太高，于是在蒸汽總管進(jìn)入用戶(hù)界區之后，增設一個(gè)減壓站。
蒸汽減壓站的減壓（穩壓）功能主要由一個(gè)蒸汽直接作用壓力調節閥承擔。這個(gè)調節閥兩端壓差大小不一，調節閥閥芯閥座的結構形式也有很大差異，在調節閥兩端壓差較大，而相對流量較小時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度很小，這時(shí)閥芯和閥座間的流體流速很高，于是在閥門(mén)出口處很容易產(chǎn)生旋渦。當閥門(mén)開(kāi)度小于一定值（例如5％）時(shí)，甚至出現閥芯不停地抖動(dòng)，引起流動(dòng)脈動(dòng)。
流動(dòng)脈動(dòng)對差壓式流量計的影響是通過(guò)三個(gè)途徑，即①平方根誤差；②慣性影響；③對流出系數的影響，三個(gè)因素共同作用，使節流式差壓流量計的示值升高，其脈動(dòng)附加不確定度的估算可查閱有關(guān)文獻[3]。但其影響程度要比渦街流量計輕得多。
6 在低雷諾數測量條件下，差壓流量計有較好的適應性
在被測流體粘度較高，例如比水大數倍的使用條件下，渦街流量計要慎用，因為渦街流量計保證測量精確度的最小雷諾數為20 000，而雷諾數低于5 000 時(shí)，就可能沒(méi)有穩定的旋渦產(chǎn)生。
標準孔板流量計的最新國際標準ISO5167:2003(E)，所提供的計算公式，在雷諾數大于等于4 000 后就能保證測量精確度[5]，雷諾數小于4 000 后，測量精確度降低，但不會(huì )像流體振蕩式流量計那樣，因停止振蕩而輸出全無(wú)。
7 節流式差壓流量計檢定方便
用于貿易結算等用途的流量計，國家規定執行強制檢定。對于業(yè)主單位來(lái)說(shuō)，完成流量計的周期檢定是一項重要的法定任務(wù)。于是，檢定是否方便也成了儀表選型時(shí)要考慮的重要方面。
渦街流量計的檢定，要放在流量標準裝置上進(jìn)行，不僅拆裝、搬運、送檢麻煩，而且為了檢定要停用較長(cháng)的時(shí)間。而節流式差壓流量計由于規程規定可以用幾何檢定法進(jìn)行檢定，因此，可在現場(chǎng)找到合適的場(chǎng)所進(jìn)行檢定，既省時(shí)間又省檢定成本。
8 流量計口徑較大時(shí)，差壓式流量計較便宜節流式差壓流量計的成本由節流裝置、差壓變送器及附屬裝置組成，當儀表口徑增大時(shí)，只需節流裝置放大，因此，成本上升不明顯，由于此原因，在儀表口徑較大時(shí)，尤其是在流體溫度較高（t >300℃）時(shí)，節流式差壓流量計的價(jià)格優(yōu)勢尤為明顯。
9 節流式差壓流量計變更測量范圍較方便
流量計在安裝完畢投入使用時(shí)，總會(huì )發(fā)現一定比例的儀表流量測量范圍選得不合適，不是太小就是太大。尤其是在從未安裝過(guò)流量計的管道上，提條件的人員生怕提得太小不夠用，層層加碼，往往將流量上限取得太高。儀表投入運行時(shí)才發(fā)現，實(shí)際流量比原來(lái)估計的流量小得多，對于選用渦街流量計的測量系統，甚至會(huì )發(fā)現流量傳感器無(wú)脈沖輸出。對于選用節流式差壓流量計的設計中，流量示值有時(shí)只有滿(mǎn)度值的20%～30％。作為預防措施，有經(jīng)驗的設計人員，往往將差壓上限選在適中的數值，例如低壓蒸汽，選差壓上限為40～60 kPa，這樣，當開(kāi)表后如果發(fā)現實(shí)際流量略微超過(guò)滿(mǎn)量程或相對示值偏低，就可對差壓上限進(jìn)行重新計算，然后用手持終端重新設置差壓變送器的測量上限。而對于旋渦流量計，一旦發(fā)現口徑選的不合適，只能用更換一次表的方法去解決。
要換一臺口徑與原設計不同的渦街流量計，對于一個(gè)使用大量?jì)x表的老企業(yè)來(lái)說(shuō)，或許不是一件困難的事，因為總有一些備表，而對于一個(gè)新企業(yè)、小企業(yè)或工程公司來(lái)說(shuō)，就是一件困難的事。
10 結束語(yǔ)
節流式差壓流量計的主要不足是范圍度不夠大，較長(cháng)的引壓管線(xiàn)導致安裝麻煩，而且易漏、易堵、易凍結，易引起差壓信號的傳遞失真。近些年的改進(jìn)主要有：
① 差壓變送器的精度等級得到大幅度提高，從早先的1.5 級提高到后來(lái)的0.5 級，再到現在的0.1 級甚至0.75 級。在相對流量低于30％時(shí)，節流裝置送出的差壓信號也能到精確測量，從而有利于流量測量范圍度的擴大;
② 流量顯示儀表的改進(jìn)，不僅使顯示儀表精確度得以提高，更重要的是：制約節流式差壓流量計范圍度擴大的流出系數非線(xiàn)性和可膨脹性系數影響得到補償，從而使節流式差壓流量計的系統精確度大大提高，范圍度可擴大到10:1[6];
③ 對引壓管線(xiàn)的改進(jìn)體現在一體化節流式流量計上。在一體化節流式差壓計中，引壓管縮得很短，所以，改進(jìn)前存在的易漏、易堵、易凍結，差壓信號傳遞失真問(wèn)題，安裝工程量大等問(wèn)題均得到解決;
④ 新的計算公式，使一次元件測量不確定度進(jìn)一步減小。這主要體現在新的國際標準ISO5167:2003(E)上。
參考文獻
1 姜仲霞, 姜川濤, 劉桂芳.渦街流量計[M]. 北京：中國石化出版社, 2006.
2 蔡武昌, 孫淮清, 紀綱.流量測量方法和儀表的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.
3 GB/T2624-1993 流量測量節流裝置用孔板、噴嘴、文丘里管測量充滿(mǎn)圓管的流體流量.
4 紀綱. 流量測量?jì)x表應用技巧[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.
5 ISO5167: 2003(E). Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full.
6 王建忠, 紀綱.差壓式流量計范圍度問(wèn)題研究[J]. 自動(dòng)化儀表, 2005, (8).(end)
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