如何指導用戶正確選擇流量測量儀表的傳感器類型

儀器儀表的從業(yè)人員都知道，對于流量測量儀表影響流量傳感器的因素很多，流量測量的原理各不相同，目前在用的儀表類型中，其基本原理有十余種，比如運用電磁感應原理制成的智能電磁流量計，運用超聲波流量計研制的超聲波流量計等等，其類型不少于200種，有人對國內現場千余臺流量傳感器進行過相關的調查分析，總結統(tǒng)計下來，發(fā)現其中60%所選擇的方法并不合適，并且即使選擇的方法合適，又有大約半數以上的儀表產品在安裝和布局上存在問題。對于流量計的如何做到正確選擇，并非一件容易的事情。總體歸納下來，正確選擇流量傳感器取決于以下六個因素：傳感器技術參數、流體特性、流動的狀態(tài)、安裝、環(huán)境、經濟性。這六個因素是決定流量儀表能否正確工作或都是否以理想狀態(tài)運運的前提條件。
一、傳感器技術參數
傳感器技術參數是衡量一個儀表最重要因素，這些技術參數應該是在儀表設計之初便被確定，并且通過生產和工藝的后續(xù)環(huán)節(jié)予以落實的，其中總量、流量總量（單位為m3或kg），多用于貿易核算，準確度居于首位。流量（瞬時量單位為m3/h，kg/h），多用于流程工業(yè)，是控制系統(tǒng)的信息源頭，重復性是首位。
連續(xù)，開關一般流量傳感器的輸出為連續(xù)量，而開關量可用于簡單的二位式控制或設備保護，要求可靠性良好。
準確度準確度不僅取決傳感器本身，還取決于校驗系統(tǒng)，是外加特性。要說明在什么流量范圍內的準確度，如果用于控制系統(tǒng)，還應考慮與整個系統(tǒng)準確度相匹配。注意：廠家注明的誤差是%Fs（上限）；還是%RD（測值）。
重復性重復性是指環(huán)境條件介質參數不變時，對某一流量值多次測量的一致性，是傳感器本身的特征。在流程工業(yè)控制系統(tǒng)中，重復性往往比準確度還重要。不少廠家把重復性誤導為準確度，準確度應包括重復性與標定裝置的流量不確定度。
量程比在一定準確度范圍內，最大與最小流量之比。差壓式流量傳感器，從傳感器本身可以有較大量程比，但受二次表制約，一般只有3:1。
壓力損失流量傳感器（除電磁、超聲）都有檢測件（如孔板、渦輪等），以及強制改變流向（如彎頭、科氏）都將產生不可恢復壓力損失，它將額外增加輸送的動力，才能維持正常運，有些數額很大，在提倡節(jié)能的今天應引起重視。
輸出信號一般為標準的模擬信號（0~10V，4~20mA等）已不能適應系統(tǒng)發(fā)展要求。通訊要求數字信號，Rosemount推出了HART協(xié)議，RS232/RS485轉換器，RS232限于2Km以內，RS485可達10Km。
響應時間輸出信號隨流量參數變化反應的時間，對控制系統(tǒng)來說，越短越好；對脈動流，則希望有較慢的輸出響應。
綜合性能傳感器的性能指標是相互制約的，如樣本中壓力上限為2mpa；溫度為250℃，口徑為1m；則當口徑為1m時，壓力可能只能為1.5mpa，溫度只能是200℃，不可能同為極限值。

二、流體特性
流體類型流體分為液體、氣體、蒸汽。有些傳感器（如電磁式）不能測氣體；插入熱式則不能測液體。比如智能電磁流量計就不能夠勝任測量氣體的流量的測量。
溫度、壓力、密度它們是選擇傳感器提供的重要參數，特別是在工況下的參數，對于氣體流量還應了解其體積流量是工作狀態(tài)，還是標準狀態(tài)。
粘性液體粘性相差較大會影響選型，如粘性大的液體宜用容積式流量傳感器，而不宜選用渦輪、浮子、渦街等流量傳感器。
腐蝕、結垢、臟污對于這類流體，不宜選用有轉動件及有檢測件的傳感器。即使對于超聲、電磁式流量傳感器，也會因腐蝕管道帶來誤差。如口徑50mm，結垢0.5~1mm，將帶來0.5~1%的誤差。
特殊參數某些流體參數會影響傳感器的工作，如壓縮性系數影響差壓式；比熱及熱傳導系數影響熱式；電導率影響電磁；聲速影響超聲。
單相、多相相是指在一個系統(tǒng)中具有相同的物理、化學性質的物質，不同的相有較明顯的界面，通常工業(yè)中大多為單相，隨著工業(yè)的發(fā)展出現了多相流（氣固、氣液、液固或氣固液）等的流量測量問題。

三、流動的狀態(tài)
與許多物理參數（如壓力、溫度、物位、成分）不同的是，流量必須以流體流動為前提，沒有流動就不存在流量。
滿管、非滿管一般流體均應充滿管道，在實際工作中，比如智能電磁流量計的使用與選型，我們一般都要求用戶液體滿管的流體參數，因為不滿管的狀態(tài)將會導致數據嚴重失準。
但當液體流量較小，管道又處于水平時，則可能出現非滿管流動，目前已有非滿管流量傳感器。
層流、紊流反映流體在管道中流動的狀態(tài)，影響流量系數的大小，當Re＜2320時為層流，僅有很少情況，如流體粘性大，管道小，流速低，才會出現層流。工業(yè)中多為紊流。
封閉、明渠工業(yè)中多為封閉管道，明渠僅用于液體的排放。
充分發(fā)展紊流流量傳感器多為速度型，即管內流速分布影響流量系數，所以要求流量傳感器應安裝在一種特定的充分發(fā)展紊流中。只要傳感器前具有30倍直徑長度即可取得。
脈動流流體中任一參數（流速、溫度、壓力、密度）隨時間變化的流動，易產生誤差，應附加設備去掉脈動流，準確進行測量。

四、安裝及環(huán)境
流量傳感器常由于安裝不當而無法正常工作，如：方向裝反，流速分布不理想，引壓管中出現二相，環(huán)境惡劣，缺少必要的附件等。
管道的布局有些傳感器（如浮子式）只能安裝在垂直管道上；而有些為避免流體的重力只能裝在水平管道上；而如果流體中含有固體顆粒，傳感器又不宜安裝在水平管道上。
流向流量傳感器中絕大多數不能反向安裝。
直管段長度除浮子、容積、科氏外，都要求傳感器前后有較長的直管段，以節(jié)流裝置及測點速的插入式傳感器要求最高（達30~50D）。
管徑不少流量傳感器管徑范圍較窄，限制了選用，可采用變徑管彌補，但要注意變徑后仍應處于傳感器的正常工作范圍，應避免流速過小，輸出太弱；流速過高、強度受損的情況。
維護空間應具有必要的裝卸、維護空間。
配件針對某一傳感器，應考慮安裝必要的配件，如流動調整器、過濾器、氣體分離器、阻尼器等。
流量傳感器應避免安裝在高溫、振動、粉塵、腐蝕、潮濕、易爆易燃、有電磁干擾的環(huán)境中。

五、經濟性
初始購置費開始與廠商接觸時，應注意：理性對待廠商所宣傳的技術指標；根據需求選用，不要盲目選用高指標；注意傳感器的制造材料。
安裝管徑大，特別要注意安裝中的附加問題，如是否為方便維修而加裝旁路管道、必要的配件等（如過濾器、流動調整器）。
維修、配件有些傳感器的檢測件，轉動件易于磨損，腐蝕（如渦輪、容積、孔板），維修量不小。
校驗有些傳感器工作一段時間后，因腐蝕、磨損，準確度會下降，如用于貿易核算，應定期校驗。
運行費流量傳感器一般均有永久壓損，因此會帶來額外的運行費，特別是管徑較大時，其年運行費可能數倍于購置費。
誤差的損失如用于貿易核算，特別是較貴重的能源、化工原料，應選用精確度高的傳感器，否則因誤差造成的經濟損失，將數倍于購置費。

六、小結
流量傳感器的選擇，可根據以上六類影響因素，選擇大致可按以下程序。
滿足同一工藝要求的流量傳感器可能不止一種，可以同時做幾套方案進行比較。