流量计的性能要求

彬彬助腾

　　一、流量计选型的原则
　　选择流量计的原则首先是要深刻地了解各种流量计的结构原理和流体特性等方面的知识，同时还要根据现场的具体情况及考察周边的环境条件进行选择。也要考虑到经济方面的因素。一般情况下，主要应从下面五个方面进行选择：
　　①流量计的性能要求；
　　②流体特性；
　　③安装要求；
　　④环境条件；
　　⑤流量计的价格。
　　1、流量计的性能要求
　　流量计的性能方面主要包括：测量流量(瞬时流量)还是总量(累积流量)；准确度要求；重复性；线性度；流量范围和范围度；压力损失；输出信号特性和流量计的响应时间等。
　　(1)测流量还是总量
　　流量测量包括两种，即瞬时流量和累积流量，比如对分输站管道的原油属于贸易交接或石油化工管道进行连续配比生产或生产流程的过程控制等需要计量总量，间或辅以瞬时流量的观察。在有的工作场所对流量进行控制则需配备瞬时流量测量。因此，要根据现场计量的需要进行选择。有些流量计比如容积式流量计，涡轮流量计等，其测量原理是以机械计数或脉冲频率输出直接得到总量，其准确度较高，适用于计量总量，如配有相应的发讯装置也可输出流量。电磁流量计、超声流量计等是以测量流体流速推导出流量，响应快，适用于过程控制，如果配以积算功能后也可以获得总量。
　　(2)准确度
　　流量计准确度等级的规定是在一定的流量范围内，如果使用在某一特定的条件下或比较窄的流量范围内，比如，仅在很小的范围内变化，此时其测量准确度会比所规定的准确度等级高。如用涡轮流量计计量油品装桶分发，在阀门全开的情况下使用，流量基本恒定，其准确度可能会从0.5级提高到0.25级。
　　用于贸易核算、储运交接和物料平衡如果要求测量准确度较高时，应考虑准确度测量的持久性，一般用于上述情况下的流量计，准确度等级要求为0.2级。在这样的工作场所一般是现场配备计量标准设备(比如体积管)，对所使用的流量计进行在线检测。近几年由于原油的日趋紧张和各单位对原油计量的高要求，对原油计量提出实行系数交接，即除了每半年对流量计进行一次周期检测后，贸易交接双方协商每1个月或2个月对流量计进行检定确定流量系数，每天根据流量计计量的数据与流量计流量系数计算出数据进行交接，以提高流量计的准确度，也称为零误差交接。
　　准确度等级一般是根据流量计的最大允许误差确定的。各制造厂提供的流量计说明书中会给出。一定要注意其误差的百分率是指相对误差还是引用误差。相对误差为测量值的百分率，常用“％ R”表示。引用误差则是指测量上限值或量程的百分率，常用“％ FS”。许多制造厂说明书中并未注明。比如，浮子流量计一般都是采用引用误差，电磁流量计有的型号也有采用引用误差的。
　　流量计如果不是单纯计量总量，而是应用在流量控制系统中，则检测流量计的准确度要在整个系统控制准确度要求下确定。因为整个系统不仅有流量检测的误差，还包含有信号传输、控制调节、操作执行等环节的误差和各种影响因素。比如，操作系统中存在有2%左右的回差，对所采用的测量仪表确定过高的准确度(0.5级以上)就是不经济和不合理的。就仪表本身来说，传感器与二次仪表之间的准确度也应该适当相配，比如说设计出来未经实际标定的均速管误差如在±2.5%～±4%之间，配上0.2%～0.5%高准确度的差压计就意义不大了。
　　还有一个问题就是对于检定规程或制造厂说明书中对流量计所规定的准确度等级指的是其流量计的最大允许误差。但是由于流量计在现场使用时受环境条件、流体流动条件和动力条件等变化的影响，将会产生一些附加误差。因此，现场使用的流量计应是仪表本身的最大允许误差和附加误差的合成，一定要充分考虑到这个问题，有时候可能现场的使用环境范围内的误差会超过流量计的最大允许误差。
　　(3)重复性
　　重复性是由流量计原理本身与制造质量决定的，是流量计使用过程中的一个重要的技术指标，与流量计的准确度息息相关。一般在检定规程中的计量性能要求中对流量计不仅有准确度等级规定外，还对重复性进行了规定，一般规定为：流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差的1/3～1/5。
　　重复性一般定义为在环境条件和介质参量等不变的情况下，对某一流量值短时间内，同方向进行多次测量的一致性。但是，在实际应用中，流量计的重复性会常常被流体粘度、密度参量的变化所影响，有时这些参量变化还没有达到需要进行专门修正的程度，会误认为是流量计的重复性不好。鉴于这种情况下，应选择对此参量变化不敏感的流量计。比如，浮子流量计容易受流体密度影响，小口径的流量计不仅受流体密度的影响，可能还会受流体粘度的影响；涡轮流量计如果用在高粘度范围时的粘度影响；有些未做修正处理的超声流量计会受到流体温度的影响等等。如果流量计的输出是非线性的，这种影响可能会更为突出。
　　(4)线性度
　　流量计的输出主要有线性和非线性平方根两种。一般的来说流量计的非线性误差是不单独列出的，而是包含在流量计的误差内。对于一般比较宽流量范围，输出信号为脉冲的，用作总量积算的流量计，线性度则是一个重要的技术指标，如果在其流量范围内使用单一的仪表系数，当线性度差就会降低流量计的准确度。比如，涡轮流量计在10：1的流量范围内采用一个仪表系数，线性度差时其准确度会较低，随着计算机技术的发展，可将其流量范围分段，用最小二乘法拟合出流量—仪表系数曲线对流量计进行修正，从而提高流量计的准确度和扩展流量范围。
　　(5)上限流量和流量范围
　　上限流量也称为流量计的满度流量或最大流量。当我们选择流量计的口径时应按被测管道使用的流量范围和被选流量计的上限流量和下限流量来进行配置，不能简单的按管道通径进行配用。
　　一般来讲，设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。如果选择过低，管径粗，投资会大；过高则输送功率大，增加运行成本。比如，像水等低粘度液体其经济流速为1.5～3m/s，高粘度液体0.2～1m/s，大部分流量计上限流量的流速接近或高于管道经济流速。因此，流量计选择时其口径与管道相同时候就较多，安装比较方便。如不相同也不会相差太多，一般上下相邻一档的规格，可采用异径管连接。
　　在流量计的选择中应注意不同类型的流量计，其上限流量或上限流速由于受各自流量计的测量原理和结构的限制差别较大。以液体流量计为例，上限流量的流速以玻璃浮子流量计为最低，一般是0.5～1.5m/s之间，容积式流量计在2.5～3.5m/s之间，涡街流量计较高在5.5～7.5m/s之间，电磁流量计则在1～7m/s之间，甚至达到0.5～10m/s之间。
　　液体的上限流速还需要考虑不能因为流速过高而产生气穴现象，出现气穴现象的地点一般是在流速最大，静压最低的位置，为了防止气穴的形成，常常需要控制流量计的最小背压(最大流量)。
　　还应注意流量计的上限值订购后就不能改变，比如容积式流量计或浮子流量计等。差压式流量计像节流装置孔板等一经设计确定后，其下限流量不能改变，上限流量变动可以通过调整差压变送器或更换差压变送器来改变流量。比如某些型号的电磁流量计或超声流量计，有些用户可以自行重新设定流量上限值。