1. 電磁流量計和超聲波流量計基本性能的比較
                            作者:常州鑫旺儀表有限公司 2023-07-03

                            摘 要:隨著(zhù)傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和新材料技術(shù)的迅速發(fā)展和應用,電磁流量計和超聲波流量計這兩種高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展迅速,系列越來(lái)越多,用途越來(lái)越廣,二者之間的選擇也越來(lái)越多,由于二者之間之間的性?xún)r(jià)比很相似,可比性很強,很多用戶(hù)在二者之間選擇時(shí)猶豫不定。對這兩種流量計的基本原理特性和基本技術(shù)性能進(jìn)行分析和比較,說(shuō)明了儀表選型應從性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用這五方面因素進(jìn)行綜合考慮,供選擇和使用者參考。


                            1.前言

                            在《流量測量方法和儀表選用》一書(shū)中說(shuō):“有人調查美國裝用的千余臺流量?jì)x表,發(fā)現約 60%所選擇的測量方法不是合適的或使用不正確,這60%中的約60%雖然采用了合適的測量方法,卻錯誤的布置和安裝,由此可見(jiàn)正確選擇和使用流量?jì)x表并非易事”。書(shū)中又說(shuō):“要正確和有效地選擇測量方法和儀表,必須熟悉儀表和使用流體特性這兩方面,同時(shí)還要考慮經(jīng)濟因素。歸納起來(lái)有五個(gè)方面的因素,即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用,即使經(jīng)驗豐富的工程師,綜合這些因素提出較優(yōu)方案亦非易事”。

                            從原則上講,適合的流量計就是好的流量計。如果只需知道管道中的流體是否正常流動(dòng),如果沒(méi)有測量**度的要求,就可以選擇價(jià)格低廉使用可靠成本較低的流量計即可。但對測量**度要求很高,用于特殊介質(zhì)或特殊工作條件、差價(jià)不大、可比性較強的流量計,選擇起來(lái)就不那么容易了,本文將對電磁流量計和超聲波流量計這兩種可比性很強的流量計,通過(guò)基本原理特性和基本技術(shù)性能的比較和淺析,來(lái)闡述在選擇時(shí)應該注意的一些地方。

                            2.電磁流量計和超聲波流量計的基本技術(shù)性能比較電磁流量計和超聲波流量計基本技術(shù)性能比較見(jiàn)表1。

                            表1 中兩種流量計的基本技術(shù)性能有些比較直觀(guān)易解,需要說(shuō)明的是確定流量計**度的參考流動(dòng)條件和這兩種流量計的特性。因為無(wú)論采用那種確定流量計**度的方法,都必須溯源到原始標準的**度,而原始標準的**度又是建立在有關(guān)標準規定的參考流動(dòng)條件下確定的。

                            美國**流量專(zhuān)家米勒編著(zhù)的《流量測量工程手冊》一書(shū)中全面歸納出“參比”(編注:參考文獻[5])流動(dòng)條件的含義是:

                            (1)具有充分發(fā)展的層流或紊流的速度分布,無(wú)旋渦并且是與軸對稱(chēng)的(圍繞管道的中心軸線(xiàn)是對稱(chēng)的)。

                            (2)為牛頓流體。

                            (3)為充滿(mǎn)圓管的均勻單向流體。

                            (4)為定常流。

                            (5)對于因溫度、壓力變化所引起的尺寸變化或其它已知系統誤差,已進(jìn)行了流量計算的校正。

                            如果現場(chǎng)流動(dòng)條件偏離了參比流動(dòng)條件,就會(huì )給測量帶來(lái)附加誤差,偏離參比流動(dòng)條件的因素叫影響量。速度分布的失常,非均相流,脈動(dòng)流和氣穴是影響各種流量計測量特性的四個(gè)主要影響量。一種影響量所造成的誤差程度與該流量計對這種影響量的敏感度,以及是否能進(jìn)行流量計算的修正有關(guān)。


                            在各種影響量中,速度分布是重要的,也是較少被人理解的一種影響量。旋流、非牛頓流體和軸向不對稱(chēng)的速度分布對流量計特性的影響,不僅是難以分析的,而且在實(shí)驗室中也很難再現。要弄清速度分布對流量計特性的影響,首先要了解與速度分布有關(guān)的術(shù)語(yǔ)涵義。

                            (1)速度分布:在管道橫截面積上流體速度軸向矢量的分布模式。

                            (2)充分發(fā)展的速度分布:一種一經(jīng)形成則從流體流動(dòng)的一個(gè)橫截面積到另一個(gè)橫截面積不會(huì )發(fā)生變化的速度分布,它通常是在足夠長(cháng)的管道直管段末端形成。

                            所以在確定流量計**度時(shí),都必須是在同一標準狀態(tài)下進(jìn)行才具有可比性。下面分別將電磁流量計和超聲波流量計的基本特性進(jìn)行對比說(shuō)明。

                            3.電磁流量計的基本特性

                            電磁流量計近 20 年來(lái)獲得迅速發(fā)展,占有量躍居前三名。隨著(zhù)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展應用,電磁流量計的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮,缺點(diǎn)和局限性得以彌補和改進(jìn)。其優(yōu)點(diǎn)是:

                            (1)傳感器結構簡(jiǎn)單,無(wú)活動(dòng)部件和阻礙流體流動(dòng)的擾動(dòng)件,不會(huì )發(fā)生管道堵塞??梢詼y量污水、泥漿、懸浮物,也可測量食品、藥漿類(lèi)需要衛生條件的流體。無(wú)壓力損失,即使是大口徑耗電量也僅有 20 瓦左右,屬于節能環(huán)保性?xún)x表。

                            (2)轉換器通用性強、工作可靠、具有互換性、功能具有多樣性、可選擇性、顯示和輸出方式多種多樣??梢赃m用不同用戶(hù)的需要,特別是智能型電磁流量計,具有可編程的輸出功能,各種數字通信方式,小信號可予切除,具有自檢和自診斷功能,可方便地進(jìn)行參數設定、編程等。性能穩定、可靠、檢修簡(jiǎn)便。

                            (3) 傳感器襯里和電極材料有多種選擇,可適應不同的介質(zhì),耐磨損、耐腐蝕。測量信號不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響。采用沉浸結構可在水下工作。采用防爆性,可以在相應的有爆炸危險的場(chǎng)所工作。

                            (4)測量范圍度寬,從原理上講,它的流量方程式是線(xiàn)性的,每個(gè)量程中可以達到線(xiàn)性范圍 50:1。對于同一臺表,可以達到的測量范圍度 2500:1,這是其它流量計無(wú)法比擬的。

                            它的缺點(diǎn)是不能測量氣體、蒸汽和含有大量氣泡的液體,不能測量石油及其制品等不導電液體,受襯里材料和電氣絕緣材料的溫度限制,目前不能測量高溫流體(有的廠(chǎng)家限定200℃以下,有的是 150℃以下)。

                            4.超聲波流量計的基本特性

                            超聲波束(超聲脈沖)在流體中的傳輸速度要受到流向及流速的影響,或者流體中顆粒的移動(dòng)會(huì )對超聲波束的頻率或相位造成影響,這些現象都可以用來(lái)測量流體的流速(流量),從而造成超聲波流量計。世界上**臺超聲波流量計于 1928 年誕生于德國,此后獲得迅速發(fā)展。到現在國內有近十家公司制造或代理這種產(chǎn)品,從*初的只有液體用超聲波流量計發(fā)展到現在也有了氣體超聲波流量計。隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展,該產(chǎn)品的性能和應用范圍也有了很大提高,其主要優(yōu)點(diǎn)是:

                            (1)不干擾流場(chǎng)、無(wú)壓力損失、無(wú)可動(dòng)易損部件,這點(diǎn)和電磁流量計相同。

                            (2)既可以測量導電流體、也可以測量非導電流體,可以一表多用(夾裝式)使用在多條管道上,可以作為現場(chǎng)檢定的標準儀表。

                            (3)超聲波流量計的傳感器(換能器)可以插入管道內壁,做成“直射式”,能獲得較高的測量**度(液體、四聲道、**度±0.5%),也可以把換能器夾裝在測量管外壁,實(shí)現非接觸測量,解決高壓流體、有毒流體、腐蝕流體的流量測量問(wèn)題。

                            但是它也有一些缺點(diǎn),例如:轉換器的輸出信號易受電磁波干擾、零點(diǎn)不穩定、操作比較麻煩,安裝一臺新表往往需要專(zhuān)業(yè)人員在現場(chǎng)進(jìn)行調試,對換能器的安裝要求較高,使用中要注意清理其上的粘附物??紤]到該產(chǎn)品的價(jià)格和安裝調試的技術(shù)要求,該產(chǎn)品推薦使用在大中口徑較重要的流量檢測點(diǎn),被測的流程管道要形狀規則,壁厚均勻,無(wú)銹斑、無(wú)沉淀、積液等(盡可能選“帶管段”的形式)。

                            5 電磁流量計和超聲波流量計之間的選擇建議

                            在電磁流量計和超聲波流量計之間選擇時(shí)應主要從以下幾個(gè)方面考慮:

                            (1)根據被測流體性質(zhì),如果流體不導電,則只能選擇超聲波流量計。

                            (2)流量計周?chē)臏y量環(huán)境,因為超聲波流量計易受電磁波干擾,如果在流量計的周?chē)邪l(fā)射電磁波的物體,那么就不適宜安裝超聲波流量計。

                            (3)根據測量性質(zhì)來(lái)分,如果在測量時(shí)對瞬時(shí)流量要求嚴格,更適合安裝電磁流量計。

                            (4)超聲波流量計更推薦使用在大中口徑較重要的流量檢測點(diǎn),被測的流程管道要形狀規則,壁厚均勻,無(wú)銹斑、無(wú)沉淀、積液等(盡可能選“帶管段”的形式),否則雷諾數無(wú)法修正的那么**。

                            (5)超聲波流量計可以實(shí)現非接觸測量。

                            通常要正確選用流量計,應從以下五個(gè)方面考慮:性能要求:準確度、重復性、范圍度、響應時(shí)間。

                            流體特性:溫度、壓力、密度、粘度、腐蝕和結垢、壓縮系數。

                            安裝要求:垂直、水平、直管段、管道振動(dòng)、閥門(mén)位置。

                            環(huán)境方面:溫度、濕度、安全性、電器干擾。

                            經(jīng)濟方面:安裝費、運行費、檢修、維護。


                            6 結論

                            流量?jì)x表是一種涉及多門(mén)學(xué)科的工業(yè)自動(dòng)化儀表,產(chǎn)品質(zhì)量與計算設計技巧、制造工藝能力、電子器件產(chǎn)品質(zhì)量、出廠(chǎng)標定設備水平等密切相關(guān),同時(shí)又與使用現場(chǎng)環(huán)境條件、流體參數、管道安裝條件等密切相關(guān)。正確和有效地選擇測量方法和儀表,必須熟悉儀表和使用流體特性這兩個(gè)方面,同時(shí)還要考慮經(jīng)濟因素。歸納起來(lái)應從性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用這五方面因素考慮,綜合這些因素提出較優(yōu)方案后正確使用,才能使流量?jì)x表充分發(fā)揮它的作用。


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                                 ☆ 設備安裝調試完畢,驗收合格后,由供方技術(shù)人員對用戶(hù)設備操作及維護人員進(jìn)行一周以上的技術(shù)培訓及使用維修保養培訓。