测量方法和仪表的选择考虑因素

xxxx有人调查美国装用着的１０００余台流量仪表，发现约有６０％所选择测量方法是最合适或者使用不正确，其中约６０％虽然采用适宜的测量方法，却错误地布置和安装。由此可见正确选择和使用流量仪表并非易事。

xxxx要正确和有效地选择流量测量方法和仪表，必须熟悉流量仪表和生产过程（或商贸核算储运）流体特性这两方面的技术，还要考虑经济因素归纳起来有五个方面因素，即性能要求，流体特性、安装要求、环境条件和费用。即使经验丰富的工程师，综合这些因素提出最优方案，亦非易事。

xxxx对某一应用场所可以采用的仪表可能有几种方案，如选择时只凭以往经验和单纯考虑初装费用贸然作出决定，从而失去了选择最适和仪表的机会。例如仪表的流量范围和实际流量不匹配，对测量要求不高的场所选用过于复杂和昂贵的仪表，是屡见不鲜的选用不当例。有时候还会产生事故，如易闪蒸液体烧毁涡轮流量计的涡轮，在负压下拉坏电磁流量计衬里等。

１．测量方法和仪表的选择步序
1.1确定是否真正要安装流量仪表

xxxx如果仅希望知道管道中流体是否在输送流动，其大体流量，那么选用流动窥视窗（ｆｌｏｗｓｉｇｈｔｅｒ）或流动指示器（ｆｌｏｗ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）就能以较低费用达到这一目标。他们是一些结构简单的器具，往往有一活动体（板、球、翼轮等）显示流体是否流动，有些能知识流动快慢的大体程度，精确度很低，误差一般在２０－３０％之间，或更大。

xxxx国内流量仪表制造业对窥视窗和流动指示器重视宣传不够，仅有几个企业提供产品，从而设计单位和直接用户忽视了这类简易器具，或想使用因品种单一，不能在多种形式中选择合用产品。反观从国外引进石化、电话等成套设置中，在较多的工位上装有流动窥视窗或指示器。

xxxx如果测量要求比上述高些，指示流量误差在５－１０％之间，则安装一台流量仪表。若按后文选择步序认为选择差压式仪表,也不一定要专门安装孔板节流体等流量传感器，可利用管道系统中的弯管的。也可测量有其它阻流体管段（如T型管）的压力降，通常也可达到同样目的。流量和差压间的关系，或通过作一些简化假设下计算（如弯管），或用外夹装便携式超声流量计在该阻力管段的上游（或下游）管系合适位置在线比较校验。

1.2 初选测量发放
xxxx确定必须安装流量仪表后，进一步详细了解使用要求和各种条件。首先按照流体类型和特性，采取排除法在初选表上舍去不能和不宜采用的测量方案，作第二步深入考虑和分析。

1.3 分析因素
xxxx按初选确定的各方案，向初选仪表的各制造厂收集样本、技术数据和选用手册等，充分了解仪表规范性能；再分别按性能要求和仪表规范、流体特性、安装场所、环境条件和经济考虑五个方面因素，按后文个节所提出的问题，逐一分析，列表比较。考虑顺序按测量目的和侧重点而与初选时不同，一般先从"性能要求和仪表柜法"开始，再如图1所示考虑其它因素。如适用对象认为"经济因素"是主要因素（如大管径输送要求泵送费用低、商贸核算要求测量误差造成损失小），则在考虑"性能要求和仪表规范"的另一方面因素时，有时候还要回复到考虑迁移方面因素，五方面因素交替考虑，其相互关系如图2所示。

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图1 分析五方面因素程序 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx图2五方面因素相互关系

２．性能要求和仪表规范方向的考虑
2.1总论
xxxx测量方法确定后选择仪表在性能要求上考虑的内容有：瞬时流量还是总量（累计流量）、精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性和响应时间等。不同测量对象有各自测量目的，在仪表性能方面有其不同侧重点。例如商贸核算和储运对精确度要求较高；连续测量过程控制通常只要求良好的可靠性和重复性，有时还要求宽的范围度，有时还要求宽的范围度，而对测量精确度要求还放在次要地位；批量配比生产则希望有好的精确度。

2.2测量流量还是总量
　使用对象测量的目的有两类，即测量流量和计量总量。管道连续配比生产或过程控制使用场所主要测量瞬时流量；灌装容器批量生产以及商贸核算、储运分配等使用场所大部分只要取得总量,间或辅以流量。两种不同功能要求,再选择测量方法上就有不同侧重点

xxxx有些仪表如容积式流量计、涡轮流量计等，测量原理上就以机械技术或脉冲频率输出，直接得到总量，因此具有较高精确度，适用与计量总量，如需输出瞬时流量需配备相应的发讯装置。电磁流量计、超声流量计等仪表原理上是以测量流体流速推导出流量，响应快，适用于过程控制，但装有积算功能环节后也可获得总量。

2.3精确度
xxxx整体的测量精确度要求多少？在某一特定流量下使用，还是在某一流量范围内使用？在什么测量范围内保持上述精确度？所选仪表的精确度能保持多久？是否易于重新校验？是否要（或能）现场在线核对仪表精确度？这些问题必须细致地考虑。

xxxx如不是单纯计量总量，而是应用在流量控制系统中，则检测仪表精确度的确定要在整个系统控制精确度要求下进行，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，如操作执行环节往往有２％左右的回差，对测量仪表确定过高的精确度（比如说0.5级）是不合理和不经济的。就流量仪表本身而言，检测元件（或传感器）和转换／显示仪表之间只精确度亦应适当确定，如未经实流标定均速管、楔形管、弯管等差压装置如误差在0.25％－5％之间，选用高精度差压计与之相配也就没有意义了。

xxxx 流量仪表规范所定的精确度等级是在某一较宽流量范围内，如果使用条件在某一特定流量或很狭窄的流量范围，例如用涡轮流量计计量油品桶装分发，只有在阀门全开情况下启用，流量基本恒定，或仅在很小范围内变化，此时使用的测量精确度可比规定值高。如能在此测量点专门标定，可提高精确度，比如说从0.5级提高到0.25级或更高。
用于商贸核算、储运和物料平衡要求较高精确度时，还应考虑精确度的持久性，是否易于重新校验等关键因素，以及是否有在线校验的可能性。

xxxx 在比较各制造厂的仪表性能规范时，要注意误差的百分率是指引用误差(测量上限制或量程的百分率，常用％F.S表示)，还是相对误差（测量值的百分率，常用％R表示）。通常样本或使用说明书只示误差％，而未注明％Ｆ.S或％R，往往是指％F.S，因为过去流量仪表瞬时流量的误差％F.S为多，这是不够严谨的。如果能做到％R，为表示其性能优越，必定注明。
　还要注意制造厂产品说明书所定精确度是指基本误差限，在现场使用环境、动力、流体条件变化将产生附加误差。现场使用精确度应为基本误差与影响量产生的附加误差所合成，如影响量大，附加误差可能远远超过基本误差。

2.4 重复性
xxxx重复性在过程控制应用中是重要的指标，由仪器本身原理与制造质量所决定，而精确度除取决于重复性外，尚与量值标定系统有关。严格地说重复性是指环境条件、介质参量等不变情况下，对某一流量值段时间内同方向进行多次测量的一致性。然而实际应用中，仪表优良的重复性被许多因素包括流体粘度、密度等变化所干扰，然而这些变化因素还未到需要作专门检测修正的地步，这些影响往往被误认为仪表重复性不好。因此有着类广义要求（即有参量变化影响因素的使用条件）高重复性场所，不要选择影响两敏感的仪表。例如浮子流量计受流体密度影响，小口径仪表还受粘度影响；涡轮流量计用于高粘度范围时的粘度影响；有些未作修正处理的超声流量计流体温度对声速影响等。若仪表输出特性是非线性的，则这种影响更为突出。

2.5 线性度
xxxx流量仪表输出主要有线性和平方根非线性两种。大部分流量仪表的非线性误差不列出单独指标，而包含在基本误差内。然而对于宽流量范围脉冲输出用作总量积算的仪表，线性度是一个重要指标，使有可能在流量范围内用同一个仪表常数，线性度差就要降低仪表精确度。随着微处理器技术的发展，采用信号适配技术修正仪表系统非线性，从而提高仪表精确度和扩展流量范围。
如需作管道流量配比、流量相加或热量计要对温度差和流量相乘时，应选择线性输出的仪表，可以简化计算过程。

2.6 上限流量和流量范围
上限流量也称满度流量。选择流量仪表的口径应按被测管道使用的流量范围和被选仪表的上限流量和下限流量来选配，而不是简单地按管道通径配用。虽然通常设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。因为流速选择过低，管径粗投资大；过高则输送功率大，增加运行费用。例如水等低粘度液体经济流速为1.5-3ｍ／ｓ，高粘度液体0.2-1ｍ／ｓ，大部分流量仪表上限流量的流速接近或略高于管道经济流速，因此仪表选择口径与管径相同的机会较多，安装就比较方便。如不相同也不会相差太多，一般相邻一档规格，采用异径管连接。

xxxx然而同一口径不同类型的仪表上限流量(也可以说上限流速)受各自工作原理和结构的约束，差别很大。以液体为例，上限流量的流速以玻璃管浮子流量计最低，在0.5-1.5m／s之间，容积式流量计在2.5-2.5ｍ／s之间，涡街流量计较高在5.5-7m／s之间，电磁流量计则在1-7m／s(甚至0.5-10m／s)之间。

xxxx液体的上限流速还需考虑不要产生气穴现象。

xxxx有些仪表流量上限值订购后就不能改变如容积式仪表和浮子式仪表等，差压式仪表孔板等设计确定后下限流量不能改变，但流量上限变化可以调整差压变送器量程(或换差压变送器)以适应；有些仪表则不经实流校验用户可自行重新设定流量上限值，如某些型号的电磁流量计和超声流量计。

2.7 范围度
xxxx范围度为上限流量和下限流量的比值，其值愈大流量范围愈宽。线性仪表有较大范围度，一般为10：1；非线性仪表则较小，通常仅3：1，能满足一般过程控制用流量测量和商贸核算总量计量。但有些商贸核算用仪表要求较宽的范围度，例如公用事业水量出荷计量的昼夜和冬夏季节差很大，就要求很宽的范围度。若选用文丘利管差压式仪表就显得不能适应。然而差压式仪表范围度拓宽近年有一些突破，主要在差压变送器及微机技术应用方面采取措施，亦可达10：1，不过仪表价格要高出一倍多。某些型号的电磁流量计用户可自行调整流量上限值，上限可调比(最大上限值和最小上限值之比)可达10，再乘上所设定上限值20：1的范围度，一台仪表扩展意义的范围度(即考虑上限可调比)可达(50-200)：1，还有些型号仪表具有自动切换上限流量值功能。

xxxx有些制造厂为表示其范围度宽，把最大上限流负的流速提得很高，液体7-10m／s，气体50-75m／s，实际上这么高的流速一般是用不上的，关键是下限流速是否适应测量要求。一般要求范围度宽是使下限流速更低些才好。

2.8 压力损失
xxxx除无阻碍流量传感器(电磁式、超声式等)外，大部分流量传感器或要改变流动方向，或在流通通道中设置静止的或活动的检测元件，从而产生随流量而变的不能恢复的压力损失，其值有时高达数十kPa。首先应按管道系统泵送能力和仪表进口压力等条件，确定最大流量时容许的压力损失，据此选定仪表。因选择不当而产生过大的压力损失往往影响流程效率。有些液体(例如高蒸汽压碳氢液)还应注意过度的压力降可能引发气穴现象和液相气化，降低测量精确度甚至损坏仪表。管径大于500mm输水用仪表，应考虑压损所造成能量损耗勿使过大而增加泵送费用。压力损失较大的仪表短短几年为测量付出的泵送费用往往超过低压损即使价格较贵仪表的购置等费用(参见6.4)。

2.9输出信号特性
xxxx输出信号往往左右仪表的选择。流量仪表的信号输出和显示归纳为：①流量(体积流量或质量流量)；②总量；②平均流速；④点流速。有些仪表输出电流(或电压)模拟量，另一些输出脉冲量。模拟量输出一般认为适合于过程控制，易于和调节阀等控制回路单元接配；脉冲量输出适用于总量和高精度测量流量。长距离信号传输脉冲量输出比模拟量输出有较高传送准确度。输出信号的方式和幅值还应有与其它设备相适应的能力，如控制接口、数据记录器、报警装置、断路保护回路和数据传送系统等。

2.10响应时间
xxxx应用于脉动流动场所应注意仪表对流动阶跃变化的响应。有些使用场所要求仪表输出跟随流动变化，而另一些为获得综合平均只要求有较慢响应的输出。瞬态响应（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｒｅｓｐｏｎｃｅ）常以时间常数或响应频率表示，其值前者从几毫秒到几秒，后者在数百赫兹以下，配用显示仪表可能相当大地延长响应时间。Ｒｅｄ　Ｍｅｄｌｏｃｋ认为仪表的流量上升和下降动态响应不对称会急剧增加测量误差。

仪表性能选择因素数据表