金屬管浮子流量計的測量精度與保證措施

1 簡述

      由于金屬管浮子流量計的堅固可靠、測量穩(wěn)定，并與測量介質(zhì)的介電常數(shù)無關(guān)，同時由于可以采用多種耐腐蝕材料制造測量傳感器等特點，因此，這種產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于高溫、高壓或腐蝕性介質(zhì)以及氣體和蒸汽的測量。

      但是，基于測量原理上的特點，流量刻度與介質(zhì)密度和粘度有關(guān)，實際應(yīng)用過程中介質(zhì)條件的變化又經(jīng)常發(fā)生，因而實際使用浮子流量計時，如何保證測量精度的準確就顯得十分重要。

      2 測量原理

      如圖1所示，相對應(yīng)測量介質(zhì)的某一流量，磁性浮子在測量管中對應(yīng)一個浮子位置，這個浮子位置通過指示器中的經(jīng)過精密充磁的磁耦合系統(tǒng)帶動指針，由刻度盤和指針讀出相應(yīng)的流量值。

      根據(jù)VDI/VDE3513標準，浮子流量計流量計算公式：

      式中：Qn為介質(zhì)的質(zhì)量流量；
               α   為與浮子形狀、介質(zhì)粘度有關(guān)的系數(shù)；
               Ds 為浮子直徑；
               Ms 為浮子質(zhì)量；
               g  為重力加速度；
               ρα 為介質(zhì)密度；
               ρs 為浮子密度；
               η  為介質(zhì)粘度。

      由公式可以看出，流量刻度與介質(zhì)密度、浮子密度成比例，與介質(zhì)粘度有關(guān)。

      3 浮子流量計精度的定義

      目前，在國內(nèi)金屬管浮子流量計的市場上，有兩種定義精度的方式。

      一種是采用國家行業(yè)標準JB/T6844-1993的定義方式。在這種方式中規(guī)定浮子流量計的基本誤差如表1所示。

表1 

      另外一種是采用德國工程師學會VDI/VDE3513的定義方式。在這種方式中規(guī)定：

      Eα=（1/4E+3/4F）×K/100

      式中：Eα為流量測量點絕對誤差：
               E 為測量點流量；
               F 為流量計滿度流量；
               K 為精度等級。

      由以上定義可以看出：

      （1）兩種定義的方式不同。在VDI/VDE標準中，給出的各個測量點精度，都包含有滿量程刻度對各個測量點精度的影響，在同樣的測量點上，與國家行業(yè)標準相比，相應(yīng)提高了精度。
      （2）意義不同。在國家行業(yè)標準中，明確給出刻度是標校介質(zhì)的量程（刻度），也就是說，此時的測量精度就是標校條件下的測量精度，沒有給出實際測量介質(zhì)條件下的精度修正或補償。在VDI/VDE標準中沒有明確說明測量介質(zhì)是標校介質(zhì)還是實際測量介質(zhì)。表2給出按照VDI/VDE3513計算出的各個測量點上的相對滿度值誤差。

      4 精度與刻度的現(xiàn)狀

      不同的企業(yè)由于執(zhí)行不同的產(chǎn)品標準，因此所制造的浮子流量計會有不同的刻度顯示，同時產(chǎn)品的精度也會產(chǎn)生差異。目前，國內(nèi)絕大部分企業(yè)生產(chǎn)的浮子流量計是按照國家標準或在國家標準基礎(chǔ)上制定自己的企業(yè)標準，其精度與量程（刻度）是定義在標校條件下的，也就是說，精度和刻度是標校條件下水或空氣的精度和刻度。

      國內(nèi)部分合資企業(yè)是按照國外標準，例如VDI/VDE生產(chǎn)浮子流量計。由于采用國外技術(shù)和設(shè)備，特別是國外公司的計算軟件進行刻度轉(zhuǎn)換，在刻度轉(zhuǎn)換過程中進行密度與粘度的修正和補償，此時，浮子流量計所顯示出的刻度是實際測量介質(zhì)的刻度，因此精度也是補償后的實際介質(zhì)刻度。

      5 選型時應(yīng)注意的問題

      （1）在選用浮子流量計時，首先要了解浮子流量計制造企業(yè)所執(zhí)行的產(chǎn)品標準，特別是關(guān)于精度的規(guī)定和顯示刻度的規(guī)定，其次要了解產(chǎn)品的制造和技術(shù)水平。同時，要結(jié)合流量測量中的工藝要求，特別是在測量或控制要求精度高、刻度顯示直觀、介質(zhì)粘度高的情況下，要選擇能夠直接顯示介質(zhì)流量，具有密度和粘度補償性能的浮子流量計。
      （2）掌握準確的工藝條件，提供準確的介質(zhì)參數(shù)。因為刻度的轉(zhuǎn)換與校驗是根據(jù)介質(zhì)條件完成的。
      （3）選用合適的測量部件材質(zhì)。一般要選擇防腐蝕性能好的測量材質(zhì)。只有保證浮子和測量部件長時間不受介質(zhì)的腐蝕，才能確保產(chǎn)品長期工作在出廠時的精度要求。
      （4）要選用能夠使正常工作流量在50%~80%的滿刻度的范圍內(nèi)。正常工作流量低于50%量程，使測量點上的絕對誤差增大，不利于控制精度。

      6 保證測量精度

      （1）選型或訂貨時要提供準確的介質(zhì)條件。對于具有密度和粘度修正能力的制造企業(yè)，這點尤其重要。因為，密度或粘度的差異，將直接影響流量刻度的校驗。
      （2）對于直接顯示標校條件下水或空氣流量刻度的流量計， 可能要求制造企業(yè)提供校驗數(shù)據(jù)和流量計證書，在實際使用儀表時，要根據(jù)這些校驗數(shù)據(jù)和計算書手工進行密度修正。修正的方式可以采用圖表法、表格法或在流量計算機或DCS上使用系數(shù)修正法。
      （3）保證儀表安裝正確。垂直度是浮子流量計安裝時經(jīng)常被忽視的一點，一般情況下，要保證垂直度在2度以內(nèi)。
      （4）對于要求具有控制功能的浮子流量計，盡量選用帶有通訊功能的產(chǎn)品。當介質(zhì)條件變化時，可以利用產(chǎn)品的通訊功能，現(xiàn)場對信號進行調(diào)整，最大限度的保證產(chǎn)品精度。
      （5）有條件的用戶，可以按照流量計制造企業(yè)提供的流量計算書和校驗記錄重新對儀表進行檢驗。

      7 周期檢定，保證精度的準確

      要想長期保證浮子流量計的測量精度，周期對產(chǎn)品進行檢定是必不可少的手段。一般條件下，浮子流量計的檢定通常采用直接用水或空氣進行檢驗。有兩個面需要注意：

      （1）如果流量計刻度上的介質(zhì)條件與檢定時的介質(zhì)條件相同，可采用直接進行流量比對以計算精度；
      （2）如果兩者的介質(zhì)條件不同，就需了解該產(chǎn)品是否具有密度和粘度修正功能。如果沒有修正功能，也要了解刻度變化的條件或計算公式，根據(jù)相應(yīng)的公式，才可以進行系數(shù)計算。如果具有密度和粘度修正功能，應(yīng)要求制造企業(yè)提供計算方式或計算結(jié)果。利用正確地計算結(jié)果對產(chǎn)品進行檢定。