如何指导用户正确选择流量测量仪表的传感器类型

2016-06-21 08:59:34来源: eefocus
仪器仪表的从业人员都知道,对于流量测量仪表影响流量传感器的因素很多,流量测量的原理各不相同,目前在用的仪表类型中,其基本原理有十余种,比如运用电磁感应原理制成的智能电磁流量计,运用超声波流量计研制的超声波流量计等等,其类型不少于200种,有人对国内现场千余台流量传感器进行过相关的调查分析,总结统计下来,发现其中60%所选择的方法并不合适,并且即使选择的方法合适,又有大约半数以上的仪表产品在安装和布局上存在问题。对于流量计的如何做到正确选择,并非一件容易的事情。总体归纳下来,正确选择流量传感器取决于以下六个因素:传感器技术参数、流体特性、流动的状态、安装、环境、经济性。这六个因素是决定流量仪表能否正确工作或都是否以理想状态运运的前提条件。
一、传感器技术参数
传感器技术参数是衡量一个仪表最重要因素,这些技术参数应该是在仪表设计之初便被确定,并且通过生产和工艺的后续环节予以落实的,其中总量、流量总量(单位为m3或kg),多用于贸易核算,准确度居于首位。流量(瞬时量单位为m3/h,kg/h),多用于流程工业,是控制系统的信息源头,重复性是首位。
连续,开关一般流量传感器的输出为连续量,而开关量可用于简单的二位式控制或设备保护,要求可靠性良好。
准确度准确度不仅取决传感器本身,还取决于校验系统,是外加特性。要说明在什么流量范围内的准确度,如果用于控制系统,还应考虑与整个系统准确度相匹配。注意:厂家注明的误差是%Fs(上限);还是%RD(测值)。
重复性重复性是指环境条件介质参数不变时,对某一流量值多次测量的一致性,是传感器本身的特征。在流程工业控制系统中,重复性往往比准确度还重要。不少厂家把重复性误导为准确度,准确度应包括重复性与标定装置的流量不确定度。
量程比在一定准确度范围内,最大与最小流量之比。差压式流量传感器,从传感器本身可以有较大量程比,但受二次表制约,一般只有3:1。
压力损失流量传感器(除电磁、超声)都有检测件(如孔板、涡轮等),以及强制改变流向(如弯头、科氏)都将产生不可恢复压力损失,它将额外增加输送的动力,才能维持正常运,有些数额很大,在提倡节能的今天应引起重视。
输出信号一般为标准的模拟信号(0~10V,4~20mA等)已不能适应系统发展要求。通讯要求数字信号,Rosemount推出了HART协议,RS232/RS485转换器,RS232限于2Km以内,RS485可达10Km。
响应时间输出信号随流量参数变化反应的时间,对控制系统来说,越短越好;对脉动流,则希望有较慢的输出响应。
综合性能传感器的性能指标是相互制约的,如样本中压力上限为2mpa;温度为250℃,口径为1m;则当口径为1m时,压力可能只能为1.5mpa,温度只能是200℃,不可能同为极限值。
 
二、流体特性
流体类型流体分为液体、气体、蒸汽。有些传感器(如电磁式)不能测气体;插入热式则不能测液体。比如智能电磁流量计就不能够胜任测量气体的流量的测量。
温度、压力、密度它们是选择传感器提供的重要参数,特别是在工况下的参数,对于气体流量还应了解其体积流量是工作状态,还是标准状态。
粘性液体粘性相差较大会影响选型,如粘性大的液体宜用容积式流量传感器,而不宜选用涡轮、浮子、涡街等流量传感器。
腐蚀、结垢、脏污对于这类流体,不宜选用有转动件及有检测件的传感器。即使对于超声、电磁式流量传感器,也会因腐蚀管道带来误差。如口径50mm,结垢0.5~1mm,将带来0.5~1%的误差。
特殊参数某些流体参数会影响传感器的工作,如压缩性系数影响差压式;比热及热传导系数影响热式;电导率影响电磁;声速影响超声。
单相、多相相是指在一个系统中具有相同的物理、化学性质的物质,不同的相有较明显的界面,通常工业中大多为单相,随着工业的发展出现了多相流(气固、气液、液固或气固液)等的流量测量问题。
 
三、流动的状态
与许多物理参数(如压力、温度、物位、成分)不同的是,流量必须以流体流动为前提,没有流动就不存在流量。
满管、非满管一般流体均应充满管道,在实际工作中,比如智能电磁流量计的使用与选型,我们一般都要求用户液体满管的流体参数,因为不满管的状态将会导致数据严重失准。
但当液体流量较小,管道又处于水平时,则可能出现非满管流动,目前已有非满管流量传感器。
层流、紊流反映流体在管道中流动的状态,影响流量系数的大小,当Re<2320时为层流,仅有很少情况,如流体粘性大,管道小,流速低,才会出现层流。工业中多为紊流。
封闭、明渠工业中多为封闭管道,明渠仅用于液体的排放。
充分发展紊流流量传感器多为速度型,即管内流速分布影响流量系数,所以要求流量传感器应安装在一种特定的充分发展紊流中。只要传感器前具有30倍直径长度即可取得。
脉动流流体中任一参数(流速、温度、压力、密度)随时间变化的流动,易产生误差,应附加设备去掉脉动流,准确进行测量。
 
四、安装及环境
流量传感器常由于安装不当而无法正常工作,如:方向装反,流速分布不理想,引压管中出现二相,环境恶劣,缺少必要的附件等。
管道的布局有些传感器(如浮子式)只能安装在垂直管道上;而有些为避免流体的重力只能装在水平管道上;而如果流体中含有固体颗粒,传感器又不宜安装在水平管道上。
流向流量传感器中绝大多数不能反向安装。
直管段长度除浮子、容积、科氏外,都要求传感器前后有较长的直管段,以节流装置及测点速的插入式传感器要求最高(达30~50D)。
管径不少流量传感器管径范围较窄,限制了选用,可采用变径管弥补,但要注意变径后仍应处于传感器的正常工作范围,应避免流速过小,输出太弱;流速过高、强度受损的情况。
维护空间应具有必要的装卸、维护空间。
配件针对某一传感器,应考虑安装必要的配件,如流动调整器、过滤器、气体分离器、阻尼器等。
流量传感器应避免安装在高温、振动、粉尘、腐蚀、潮湿、易爆易燃、有电磁干扰的环境中。
 
五、经济性
初始购置费开始与厂商接触时,应注意:理性对待厂商所宣传的技术指标;根据需求选用,不要盲目选用高指标;注意传感器的制造材料。
安装管径大,特别要注意安装中的附加问题,如是否为方便维修而加装旁路管道、必要的配件等(如过滤器、流动调整器)。
维修、配件有些传感器的检测件,转动件易于磨损,腐蚀(如涡轮、容积、孔板),维修量不小。
校验有些传感器工作一段时间后,因腐蚀、磨损,准确度会下降,如用于贸易核算,应定期校验。
运行费流量传感器一般均有永久压损,因此会带来额外的运行费,特别是管径较大时,其年运行费可能数倍于购置费。
误差的损失如用于贸易核算,特别是较贵重的能源、化工原料,应选用精确度高的传感器,否则因误差造成的经济损失,将数倍于购置费。
 
六、小结
流量传感器的选择,可根据以上六类影响因素,选择大致可按以下程序。
满足同一工艺要求的流量传感器可能不止一种,可以同时做几套方案进行比较。

关键字:流量测量  传感器类型

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016062115932.html
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