摘要：檢測(cè)儀表的合(he)理選型正(zheng)确使用不(bu)僅是工藝(yi)生産的需(xū)要,也是節(jie)能降耗的(de)需要。對玻(bo)璃生産線(xiàn)常見的氣(qi)體流量計(jì) 的選型與(yu)應用進行(hang)一些探讨(tao)。
　　玻璃生産(chan)線(含全氧(yang)燃燒、富氧(yǎng)燃燒、特種(zhong)玻璃、深加(jiā)工玻璃線(xian)等)常有些(xiē)氣體介質(zhì)的流量需(xu)要測量，如(ru)助燃風、調(diào)溫風等冷(lěng)卻風、壓縮(suo)空氣、惰性(xìng)氣、氮氣、氫(qīng)氣、氧氣、天(tiān)然氣、液化(hua)氣、蒸汽等(deng)。以最常見(jian)的風流量(liang)計的選型(xing)應用爲例(li),按時期先(xian)後大緻如(rú)下:節流差(cha)壓式流量(liàng)計(标準節(jiē)流孔闆、文(wén)丘裏，管等(deng)), 渦街流量(liàng)計 ,差壓式(shì)流量計(均(jun)速管流量(liàng)計), 熱式質(zhi)量流量計(ji) ,節流差壓(yā)式流量計(ji)(彎管流量(liang)計),節流差(chà)壓式流量(liang)計( 多孔孔(kong)闆平衡流(liu)量計 )等。幾(jǐ)種流量計(ji)各有優缺(que)點,下面對(duì)它們進行(hang)一-些分析(xī)探讨,以期(qī)合理選型(xing)正确使用(yong)。
1标準節流(liu)差壓式流(liu)量計
　　标準(zhun)節流孔闆(pan)及文丘裏(lǐ)管等典型(xing)的節流 差(chà)壓式流量(liàng)計 ,是傳統(tong)最常見的(de)流量計。基(jī)于流體連(lian)續性原理(li)和流體力(li)學能量守(shǒu)衡原理,遵(zūn)從伯努利(lì)定律。标準(zhǔn)節流式流(liu)量計的基(ji)本公式爲(wèi):
質量流量(liàng):M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體積流量(liang):Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中:α爲流(liú)量系數;?爲(wèi)流束膨脹(zhang)系數;Ad爲工(gong)作狀态下(xià)節流件開(kai)孔面積;ρ爲(wei)節流件.上(shang)遊側取壓(yā)處流體密(mì)度，标準節(jie)流件上、下(xià)遊側規定(dìng)的取壓孔(kǒng)位置上所(suo)測得的靜(jìng)壓力之差(cha)。
以孔闆流(liu)量計爲例(lì)，推導得其(qí)應用公式(shì)爲:
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當孔闆(pan)流量系數(shu)α、流束膨脹(zhàng)系數ε、管道(dao)與孔闆材(cai)料熱膨脹(zhàng)校正系數(shu)k1、流體密度(dù)ρ及孔闆節(jie)流孔徑d近(jin)似視爲常(cháng)數C時，流體(ti)流量Q與孔(kǒng)闆前、後的(de)壓力差ΔP的(de)平方根成(chéng)正比，公式(shì)簡化爲:
Q=CAP2(4)
　　孔(kǒng)闆流量計(ji)優點是經(jīng)典成熟，一(yī)次測量元(yuan)件構造較(jiao)簡單,便于(yu)制造加工(gōng)。缺點是壓(ya)力損失大(dà)，差壓信号(hào)較小,量程(chéng)比小，一般(bān)爲3:1,要求直(zhi)管段長,需(xu)要占用較(jiao)長的工藝(yi)管路,無法(fǎ)在線拆裝(zhuang)檢修,檢測(cè)件和管路(lù)安裝較麻(má)煩,需另外(wai)配套差壓(yā)變送器,大(da)口徑管路(lù)流量測量(liang)時,無論是(shi)性/價比還(hai)是安裝方(fāng)面考慮均(jun)不可取。
　　當(dāng)流體實際(jì)工況(密度(du)、成分、壓力(li)、溫度等)較(jiao)多地偏離(lí)設計計算(suan)參數時,将(jiang)引入很大(da)的測量誤(wù)差;當孔闆(pan)前、後的直(zhí)管段長度(du)不滿足規(guī)定要求時(shi)也會導緻(zhi)較大的測(cè)量誤差(爲(wèi)了保證标(biāo)稱的測量(liang)精度,近年(nian)的新标準(zhǔn)對直管段(duan)長度有加(jiā)長的趨勢(shi)),孔闆加工(gōng)精度、變形(xíng)、節流孔入(rù)口邊緣磨(mo)損變鈍等(deng)也影響測(cè)量精度。此(cǐ)外,安裝使(shǐ)用不當,也(yě)會附加測(ce)量誤差。比(bǐ)如孔闆中(zhong)心與管道(dào)中心不同(tóng)心,管道内(nèi)表面不光(guang)潔,管道變(bian)形或内徑(jìng)偏離設計(ji)計算取值(zhi),上、下遊取(qu)壓管不-緻(zhì)(高度、阻力(li)、受熱等),取(qǔ)壓管路、接(jiē)頭、閥門洩(xiè)漏或堵塞(sāi),配套 差壓(yā)變送器 誤(wu)差等。
　　标準(zhun)孔闆或文(wen)丘裏管流(liu)量計在浮(fú)法玻璃生(shēng)産線上有(yǒu)一些應用(yong),但由于壓(ya)力損大,不(bu)利于節能(neng)降耗,工藝(yì)管路又往(wang)往較難獲(huo)得測量所(suo)需的足夠(gou)長的直管(guǎn)段,不能在(zai)線拆裝檢(jian)修,加上要(yao)配套取壓(yā)管路和差(chà)壓變送器(qi),安裝相對(dui)較麻煩,壓(ya)力、溫度變(biàn)動較大時(shí)若不采取(qu)自動補償(chang)則誤差很(hen)大,故後來(lái)采用得較(jiao)少。對于大(da)口徑低壓(ya)力風管流(liu)量測量更(gèng)不宜采用(yòng)。
從節能降(jiang)耗的角度(du)考慮,建議(yì)盡量少選(xuǎn)用标準節(jiē)流孔闆等(děng)流量計,改(gǎi)選壓力損(sun)失小的其(qí)它新型流(liu)量計。
2渦街(jie)流量計
　　渦(wo)街流量計(ji)(旋渦流量(liang)計)屬流體(ti)振動流量(liang)計,基于Karman卡(kǎ)i門]渦街效(xiao)應原理。流(liu)體在非流(liú)線型阻擋(dang)物(旋渦發(fa)生體)後的(de)兩側會産(chǎn)生兩列交(jiao)錯排列的(de)旋渦。旋渦(wo)分離的頻(pin)率f與阻擋(dǎng)物側面的(de)流速V成正(zheng)比,與阻擋(dang)物的迎流(liú)面寬度d成(chéng)反比,遵從(cong)下列公式(shì):
其中st爲Strouhal斯(sī)特勞哈爾(er)數,雷諾數(shù)在一定區(qū)段範圍内(nèi)s,是常數。
由(you)壓電元件(jiàn)測得頻率(lǜ)f,便可測得(dé)工況流速(su)V,管道有效(xiao)截面積4已(yǐ)知,進而可(ke)獲得流體(tǐ)流量。
　　其測(cè)量是基于(yú)漩渦頻率(lü),因而不存(cun)在零點和(he)量程的漂(piao)移問題;輸(shū)出與工況(kuàng)流量成正(zhèng)比,不受流(liú)體密度、成(chéng)分、壓力、溫(wen)度等影響(xiang),但若轉換(huàn)爲标況流(liú)量,則也要(yào)進行壓力(li)、溫度修正(zheng)。已有一體(ti)化渦街質(zhì)量流量計(jì)。 插入式渦(wō)街流量計(ji) 無須占用(yòng)工藝管段(duan)。安裝簡單(dān),維護使用(yong)方便,無堵(du)塞之慮。國(guo)内外在不(bú)少場合用(yong)渦街流量(liàng)計取代傳(chuán)統孔闆、 渦(wō)輪流量計(jì) 等。
　　渦街流(liu)量計量程(cheng)比一般爲(wei)10:1,優于孔闆(pan)等差壓式(shì)流量計,但(dàn)不及熱式(shì)流量計。其(qí)測量下限(xiàn)值取決于(yu)是否産生(shēng)漩渦(流體(tǐ)黏度是主(zhǔ)内因)和漩(xuan)渦強度是(shì)否足夠(流(liu)體密度是(shì)主内因)。一(yi)般不适用(yong)于低流速(sù)流體,有時(shi)不得不将(jiāng)工藝管道(dao)縮管,以提(ti)高流速。雙(shuang)發生體的(de)渦街流量(liang)計可以測(ce)量雷諾數(shu)較低的流(liú)體。渦街流(liu)量計要求(qiu)的直管段(duàn)長,不适合(hé)低流速測(ce)量，怕振動(dong)。在直管段(duàn)足夠長、流(liu)速足夠大(dà)、無較大振(zhèn)動的場合(hé)可選用。直(zhí)管段足夠(gou)長時,最好(hao)采用平均(jun1)流速點法(fǎ),插入深L=0.121D,測(cè)量精度幾(jǐ)乎不受雷(léi)諾數變化(hua)的影響;直(zhí)管段較短(duǎn)時,一般采(cai)用中心最(zuì)大流速點(dian)法,插入深(shen)L=0.5D.
　　在浮法玻(bō)璃生産線(xian)上,影響其(qi)被選用的(de)主要是現(xiàn)場沒有測(ce)量所需的(de)足夠長的(de)直管段,環(huan)境振動和(he)測量下限(xiàn)值限制等(deng)因素。
3均速(sù)管流量計(ji)
　　屬差壓式(shì)流量計,由(yóu)單點測速(sù)的皮托管(guan)演變發展(zhǎn)而來,基于(yú)流體力學(xue)能量守衡(heng)原理,遵從(cóng)伯努利定(dìng)律。流體的(de)全壓(總壓(yā)力)等于其(qí)動壓加靜(jing)壓，測得流(liu)體的平均(jun1)全壓與平(píng)均靜壓之(zhi)差DP,就獲得(dé)流體的平(píng)均動壓值(zhí)。流體的平(ping)均動壓即(ji)平均差壓(yā)DP與平均流(liú)速V間的關(guān)系爲:
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中(zhong):K爲均速管(guǎn)流量系數(shù);4爲管道有(you)效截面積(jī)。
　　均速管流(liú)量計導緻(zhi)的流體壓(yā)力損失很(hěn)小，永久壓(ya)力損失僅(jin)是标準孔(kong)闆的5%以下(xia),均速管結(jié)構簡單,安(an)裝維護比(bi)較方便(但(dan)比渦街流(liú)量計和熱(rè)式質量流(liú)量計要增(zeng)加取壓導(dǎo)壓管和差(cha)壓變送器(qi)),大口徑管(guan)路流量測(ce)量時優點(dian)突出。各公(gong)司标稱的(de)所需直管(guan)段差異很(hěn)大,有的小(xiǎo)到2D,大的卻(què)要20D;價格差(cha)異也很大(dà),不含差壓(yā)變送器,便(bian)宜的一兩(liǎng)千元,貴的(de)上萬元。
　　均(jun)速管流量(liàng)計第一代(dài)圓型截面(mian)産品缺點(diǎn)是互換性(xìng)較差,K值欠(qian)穩定,差壓(yā)信号小，取(qu)壓孔有堵(du)塞之慮。針(zhēn)對缺點,近(jìn)十幾年出(chu)現了第二(er)代(橢圓型(xíng)、扇型、菱型(xing)即寶石鑽(zuàn)石型、子彈(dan)型、機翼型(xing)等)和第三(sān)代産品(T型(xing))。EMERSON旗下的羅(luó)斯蒙特推(tui)出的T型專(zhuān)利産品，具(jù)有本質抗(kàng)堵性,信噪(zào)比大,K值穩(wen)定,測量精(jing)度較高,對(dui)安裝要求(qiu)降低。
一些(xiē)玻璃廠用(yòng)戶反映,均(jun)速管風流(liu)量計安裝(zhuang)初期尚好(hǎo),後期檢測(cè)不正常。可(kě)能原因無(wú)外乎以下(xia)幾點:
①均速(sù)管正負檢(jiǎn)測孔堵塞(sāi);或均速管(guǎn)未固定安(ān)裝好,正壓(yā)檢測孔未(wèi)正對流體(ti)方向。
②取壓(yā)導壓管洩(xiè)漏或堵塞(sai)(若洩漏不(bú)僅會直接(jie)影響測量(liàng),還由于有(you)含塵流體(tǐ)緩慢流動(dong),易導緻均(jun1)速管内積(jī)雜塵,易堵(du)塞)。
③閥門(含(hán) 三閥組 )堵(dǔ)塞或洩漏(lòu)。
④差壓變送(sòng)器異常。
排(pai)除以上故(gù)障後應可(kě)恢複正常(chang)工作,無須(xu)更換流量(liàng)計。
　　需要提(ti)示的是,若(ruò)直管段不(bu)夠長,會引(yin)入測量誤(wu)差。另外,若(ruò)沒有采用(yòng)溫、壓自動(dong)補償,而實(shí)際.運行工(gong)藝參數(尤(you)其是壓力(li))偏離均速(su)管選用設(shè)計值較大(dà)時,将引入(ru)較大的測(ce)量誤差,在(zài)助燃風等(děng)普遍采用(yòng)變頻調速(sù)控制的情(qing)況下此問(wèn)題較突出(chu),建議應采(cǎi)用溫、壓自(zì)動補償。
4熱(re)式質量流(liu)量計
　　 熱式(shì)質量流量(liang)計基于熱(rè)傳遞原理(lǐ)。傳感元件(jian)是封裝于(yú)不鏽鋼套(tào)管内的2個(gè)精密熱電(diàn)阻RTD(一般爲(wèi)鉑電阻)，其(qi)一是流體(ti)介質溫度(du)傳感元件(jiàn)，另一爲加(jiā)熱兼傳感(gǎn)元件，由它(tā)們組成惠(hui)斯登電橋(qiao)的兩個橋(qiao)臂，控制加(jiā)熱傳感器(qi)的加熱功(gong)率，以使加(jia)熱傳感器(qi)和參比溫(wēn)度傳感器(qi)間保持恒(héng)定溫差Δt=t,-t.=常(chang)數。流體流(liú)過加熱傳(chuán)感器所帶(dai)走的熱量(liang)和流體的(de)流速與密(mi)度之積ρV的(de)m次方成正(zhèng)比，即與流(liú)體的質量(liàng)流量的m次(cì)方成正比(bǐ)。流體的質(zhi)量流量變(bian)化時，必須(xu)同時相應(ying)改變加熱(re)傳感器的(de)加熱功率(lǜ)，才能保持(chí)Δt不變，故測(ce)得加熱功(gong)率就間接(jie)地測得流(liú)體的質量(liang)流量。檢測(ce)元件總熱(re)損失E與質(zhi)量流速ρV、質(zhì)量流量M間(jiān)的函數關(guān)系式如下(xià):

　　式中:k爲流(liú)體導熱系(xi)數;A,爲被加(jia)熱元件面(mian)積;B爲傳感(gǎn)器支撐件(jian)的自然對(duì)流、熱輻射(shè)和熱傳導(dao)總的熱傳(chuán)遞常數(相(xiàng)對于介質(zhì)的強制對(duì)流，傳感器(qì)的自然對(duì)流、熱輻射(she)和熱傳導(dǎo)影響極小(xiao));C爲.常數;d爲(wèi)傳感器直(zhi)徑;μ爲流體(tǐ)黏度;m爲系(xì)數(一般m≥0.3);T,爲(wei)元件表面(miàn)溫度;T爲介(jie)質溫度;A爲(wei)管道有效(xiao)截面積。
　　熱(rè)式工作原(yuán)理的質量(liang)流量計幾(jǐ)十年前就(jiu)有，但獲得(de)推廣應用(yòng)是近十幾(jǐ)年的事。遺(yí)憾的是目(mu)前國内售(shòu)價仍太高(gao)，其實測量(liang)原理和制(zhì)造工藝并(bìng)不太複雜(za)。相信随着(zhe)制造商的(de)增加和競(jìng)争的引入(ru)，其價格可(ke)望逐漸降(jiàng)至與渦街(jiē)流量計相(xiang)當。
　　熱式質(zhi)量流量計(ji)有許多優(you)點:一體化(huà)結構，安裝(zhuang)方便，直接(jiē)測得質量(liang)流量，不受(shou)溫、壓等波(bō)動影響，量(liàng)程比大，壓(ya)力損小，直(zhi)管段要求(qiú)也比較低(di)，“能适應較(jiào)惡劣環境(jìng)，響應速度(du)快(可達1s)等(deng)。尤其突出(chu)的是高量(liang)程比，一般(ban)100:1以上，甚至(zhi)可達300:1,特别(bié)是在量程(chéng)低端也有(you)極高的靈(ling)敏度和精(jing)度，這在工(gong)況參數事(shì)先不能确(que)知的場合(he)是很可貴(guì)的。缺點是(shi)目前價仍(réng)較高(進口(kou)産品約2萬(wàn))，并且長期(qi)使用也會(hui)在傳感元(yuán)件處黏附(fù)粉塵雜質(zhi)，影響測量(liàng)，需及時清(qīng)潔。對于天(tiān)然氣、液化(huà)氣、氧、氫等(deng)非空氣流(liú)體(氮氣接(jiē)近空氣，誤(wu)差較小)，應(yīng)要求供應(ying)商按實氣(qì)标定，否則(zé)誤差較大(dà)。
熱式質量(liang)流量計在(zai)浮法玻璃(li)線上獲得(de)了廣泛應(ying)用。
5多函數(shu)孔孔闆平(ping)衡式流量(liang)計
　　标準節(jiē)流孔闆、文(wén)丘裏管等(deng)傳統節流(liu)差壓式流(liú)量計永久(jiu)壓力損大(da)(由于死區(qū)和大量渦(wo)流)，量程比(bǐ)小，要求直(zhi)管段長，尤(you)其不适合(he)允許壓力(lì)損小、直管(guǎn)段短和大(da)口徑管路(lù)的測量。
　　新(xin)型的A+K多函(hán)數孔圓盤(pan)式平衡流(liú)量計BFM(BalancedFlowMeter)，是美(měi)國航空航(háng)天局、馬歇(xie)爾航空飛(fēi)行中心深(shēn)人研究、大(dà)量試驗的(de)成果，巧妙(miao)地将傳統(tong)整流器和(he)節流件一(yī)體化、創新(xīn)化，雖然原(yuan)理類同标(biao)準孔闆等(deng)節流式差(cha)壓流量計(ji)，同樣遵從(cóng)伯努利定(dìng)律，但由于(yu)圓盤具有(you)多個獨特(te)的函數孔(kǒng)，在節流同(tong)時還對流(liú)體進行整(zhěng)流和平衡(heng)調整，因此(cǐ)在減小直(zhi)管段要求(qiú)(最短0.5D)，減小(xiao)永久壓力(li)損(是傳統(tǒng)的1/3),提高量(liàng)程比(>10:1)、測量(liang)精度(優于(yu)0.5%)、穩定性(噪(zào)聲是傳統(tong)的1/15)、耐污堵(dǔ)等方面均(jun1)有極大改(gai)善。還可測(ce)雙向流、氣(qì)液兩相流(liú)、漿料甚至(zhi)固體顆粒(lì)流，幾乎适(shì)用于所有(you)流體。
　　缺點(diǎn)是由于專(zhuan)有技術、前(qián)期開發等(děng)因素，目前(qian)售價比較(jiao)高，相信總(zong)趨勢将逐(zhu)漸向标準(zhǔn)節流件價(jià)格靠攏;此(ci)外，雖然永(yong)久壓力損(sun)比傳統标(biāo)準節流件(jiàn)小很多，但(dàn)仍比熱式(shì)、均速管等(děng)流量計壓(ya)力損大，特(te)别是用于(yú)低壓流體(tǐ)時，其永久(jiǔ)壓力損往(wǎng)往高于總(zǒng)壓力的10%以(yi)上;另外，與(yǔ)标準節流(liu)件一樣，要(yào)配套取壓(ya)管路和差(chà)壓變送器(qì)，壓力、溫度(dù)變動較大(dà)時要采取(qǔ)自動補償(chang);大口徑管(guan)路流量測(ce)量時，無論(lùn)是性1價比(bǐ)還是安裝(zhuang)方面考慮(lǜ)均無優勢(shì)。
　　多孔平衡(héng)式流量計(ji)将逐漸取(qu)代原來傳(chuan)統的标準(zhun)差壓式節(jiē)流裝置，随(sui)着價格的(de)逐漸下降(jiàng)和節能降(jiang)耗事業的(de)深入發展(zhǎn)，其在流量(liang)測量領域(yu)将有較廣(guǎng)闊的應用(yòng)前景。

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