摘(zhāi)要：檢測(cè)儀表的(de)合理選(xuan)型正确(què)使用不(bu)僅是工(gōng)藝生産(chan)的需要(yao),也是節(jie)能降耗(hao)的需要(yào)。對玻璃(li)生産線(xiàn)常見的(de)氣體流(liú)量計 的(de)選型與(yu)應用進(jin)行一些(xiē)探讨。
　　玻(bō)璃生産(chan)線(含全(quán)氧燃燒(shāo)、富氧燃(ran)燒、特種(zhong)玻璃、深(shen)加工玻(bō)璃線等(děng))常有些(xiē)氣體介(jie)質的流(liú)量需要(yao)測量，如(ru)助燃風(feng)、調溫風(feng)等冷卻(què)風、壓縮(suo)空氣、惰(duò)性氣、氮(dàn)氣、氫氣(qì)、氧氣、天(tiān)然氣、液(yè)化氣、蒸(zhēng)汽等。以(yi)最常見(jian)的風流(liú)量計的(de)選型應(ying)用爲例(li),按時期(qi)先後大(da)緻如下(xia):節流差(chà)壓式流(liú)量計(标(biāo)準節流(liu)孔闆、文(wen)丘裏，管(guan)等), 渦街(jiē)流量計(jì) ,差壓式(shì)流量計(jì)(均速管(guǎn)流量計(ji)), 熱式質(zhì)量流量(liang)計 ,節流(liú)差壓式(shì)流量計(jì)(彎管流(liu)量計),節(jie)流差壓(yā)式流量(liàng)計( 多孔(kǒng)孔闆平(ping)衡流量(liang)計 )等。幾(jǐ)種流量(liang)計各有(you)優缺點(diǎn),下面對(duì)它們進(jin)行一-些(xie)分析探(tan)讨,以期(qī)合理選(xuan)型正确(que)使用。
1标(biāo)準節流(liú)差壓式(shì)流量計(ji)
　　标準節(jiē)流孔闆(pǎn)及文丘(qiu)裏管等(děng)典型的(de)節流 差(cha)壓式流(liu)量計 ,是(shi)傳統最(zuì)常見的(de)流量計(ji)。基于流(liú)體連續(xu)性原理(lǐ)和流體(tǐ)力學能(néng)量守衡(heng)原理,遵(zūn)從伯努(nǔ)利定律(lǜ)。标準節(jiē)流式流(liú)量計的(de)基本公(gōng)式爲:
質(zhi)量流量(liàng):M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體積流(liu)量:Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中(zhong):α爲流量(liàng)系數;?爲(wèi)流束膨(peng)脹系數(shù);Ad爲工作(zuò)狀态下(xià)節流件(jiàn)開孔面(mian)積;ρ爲節(jie)流件.上(shang)遊側取(qǔ)壓處流(liu)體密度(dù)，标準節(jie)流件上(shang)、下遊側(ce)規定的(de)取壓孔(kǒng)位置上(shang)所測得(de)的靜壓(yā)力之差(cha)。
以孔闆(pan)流量計(jì)爲例，推(tui)導得其(qí)應用公(gōng)式爲:
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當(dang)孔闆流(liú)量系數(shù)α、流束膨(peng)脹系數(shu)ε、管道與(yu)孔闆材(cai)料熱膨(peng)脹校正(zhèng)系數k1、流(liu)體密度(dù)ρ及孔闆(pǎn)節流孔(kong)徑d近似(sì)視爲常(cháng)數C時，流(liu)體流量(liàng)Q與孔闆(pǎn)前、後的(de)壓力差(chà)ΔP的平方(fang)根成正(zhèng)比，公式(shì)簡化爲(wèi):
Q=CAP2(4)
　　孔闆流(liu)量計優(you)點是經(jīng)典成熟(shú)，一次測(ce)量元件(jian)構造較(jiao)簡單,便(bian)于制造(zào)加工。缺(quē)點是壓(ya)力損失(shi)大，差壓(ya)信号較(jiao)小,量程(cheng)比小，一(yī)般爲3:1,要(yao)求直管(guan)段長,需(xu)要占用(yong)較長的(de)工藝管(guan)路,無法(fǎ)在線拆(chai)裝檢修(xiū),檢測件(jian)和管路(lù)安裝較(jiao)麻煩,需(xū)另外配(pei)套差壓(yā)變送器(qi),大口徑(jìng)管路流(liu)量測量(liàng)時,無論(lùn)是性/價(jia)比還是(shi)安裝方(fāng)面考慮(lü)均不可(ke)取。
　　當流(liú)體實際(jì)工況(密(mi)度、成分(fen)、壓力、溫(wen)度等)較(jiao)多地偏(piān)離設計(jì)計算參(cān)數時,将(jiang)引入很(hěn)大的測(ce)量誤差(cha);當孔闆(pan)前、後的(de)直管段(duàn)長度不(bu)滿足規(gui)定要求(qiu)時也會(hui)導緻較(jiào)大的測(ce)量誤差(cha)(爲了保(bǎo)證标稱(cheng)的測量(liàng)精度,近(jin)年的新(xīn)标準對(duì)直管段(duàn)長度有(yǒu)加長的(de)趨勢),孔(kong)闆加工(gong)精度、變(biàn)形、節流(liu)孔入口(kou)邊緣磨(mó)損變鈍(dùn)等也影(ying)響測量(liàng)精度。此(cǐ)外,安裝(zhuāng)使用不(bú)當,也會(hui)附加測(ce)量誤差(chà)。比如孔(kǒng)闆中心(xin)與管道(dao)中心不(bú)同心,管(guǎn)道内表(biǎo)面不光(guang)潔,管道(dào)變形或(huo)内徑偏(pian)離設計(jì)計算取(qǔ)值,上、下(xia)遊取壓(ya)管不-緻(zhi)(高度、阻(zǔ)力、受熱(rè)等),取壓(ya)管路、接(jiē)頭、閥門(men)洩漏或(huò)堵塞,配(pei)套 差壓(ya)變送器(qì) 誤差等(deng)。
　　标準孔(kong)闆或文(wen)丘裏管(guǎn)流量計(ji)在浮法(fǎ)玻璃生(sheng)産線上(shang)有一些(xiē)應用,但(dan)由于壓(yā)力損大(dà),不利于(yú)節能降(jiang)耗,工藝(yì)管路又(you)往往較(jiao)難獲得(dé)測量所(suǒ)需的足(zú)夠長的(de)直管段(duàn),不能在(zài)線拆裝(zhuāng)檢修,加(jiā)上要配(pei)套取壓(yā)管路和(he)差壓變(biàn)送器,安(ān)裝相對(dui)較麻煩(fán),壓力、溫(wēn)度變動(dòng)較大時(shi)若不采(cai)取自動(dong)補償則(ze)誤差很(hen)大,故後(hou)來采用(yong)得較少(shǎo)。對于大(dà)口徑低(di)壓力風(feng)管流量(liàng)測量更(gèng)不宜采(cai)用。
從節(jie)能降耗(hao)的角度(du)考慮,建(jian)議盡量(liang)少選用(yòng)标準節(jie)流孔闆(pǎn)等流量(liang)計,改選(xuǎn)壓力損(sǔn)失小的(de)其它新(xīn)型流量(liang)計。
2渦街(jie)流量計(ji)
　　渦街流(liú)量計(旋(xuan)渦流量(liang)計)屬流(liú)體振動(dong)流量計(ji),基于Karman卡(ka)i門]渦街(jiē)效應原(yuan)理。流體(tǐ)在非流(liu)線型阻(zu)擋物(旋(xuán)渦發生(shēng)體)後的(de)兩側會(hui)産生兩(liang)列交錯(cuo)排列的(de)旋渦。旋(xuan)渦分離(li)的頻率(lǜ)f與阻擋(dang)物側面(miàn)的流速(su)V成正比(bi),與阻擋(dǎng)物的迎(ying)流面寬(kuan)度d成反(fan)比,遵從(cong)下列公(gōng)式:
其中(zhōng)st爲Strouhal斯特(tè)勞哈爾(ěr)數,雷諾(nuo)數在一(yī)定區段(duàn)範圍内(nèi)s,是常數(shu)。
由壓電(dian)元件測(cè)得頻率(lü)f,便可測(cè)得工況(kuang)流速V,管(guǎn)道有效(xiào)截面積(ji)4已知,進(jìn)而可獲(huò)得流體(tǐ)流量。
　　其(qi)測量是(shì)基于漩(xuán)渦頻率(lǜ),因而不(bú)存在零(ling)點和量(liàng)程的漂(piao)移問題(tí);輸出與(yu)工況流(liu)量成正(zhèng)比,不受(shòu)流體密(mi)度、成分(fèn)、壓力、溫(wēn)度等影(yǐng)響,但若(ruo)轉換爲(wèi)标況流(liu)量,則也(ye)要進行(háng)壓力、溫(wen)度修正(zhèng)。已有一(yī)體化渦(wo)街質量(liang)流量計(ji)。 插入式(shi)渦街流(liu)量計 無(wu)須占用(yong)工藝管(guǎn)段。安裝(zhuang)簡單,維(wéi)護使用(yòng)方便,無(wu)堵塞之(zhi)慮。國内(nei)外在不(bú)少場合(hé)用渦街(jiē)流量計(ji)取代傳(chuan)統孔闆(pǎn)、 渦輪流(liú)量計 等(deng)。
　　渦街流(liú)量計量(liang)程比一(yī)般爲10:1,優(yōu)于孔闆(pan)等差壓(yā)式流量(liang)計,但不(bú)及熱式(shì)流量計(ji)。其測量(liang)下限值(zhi)取決于(yu)是否産(chǎn)生漩渦(wō)(流體黏(nián)度是主(zhu)内因)和(he)漩渦強(qiáng)度是否(fou)足夠(流(liú)體密度(dù)是主内(nèi)因)。一般(bān)不适用(yòng)于低流(liu)速流體(tǐ),有時不(bú)得不将(jiang)工藝管(guan)道縮管(guan),以提高(gāo)流速。雙(shuang)發生體(tǐ)的渦街(jie)流量計(ji)可以測(ce)量雷諾(nuo)數較低(dī)的流體(ti)。渦街流(liú)量計要(yao)求的直(zhí)管段長(zhǎng),不适合(he)低流速(su)測量，怕(pà)振動。在(zai)直管段(duan)足夠長(zhang)、流速足(zú)夠大、無(wú)較大振(zhen)動的場(chang)合可選(xuan)用。直管(guan)段足夠(gou)長時,最(zui)好采用(yòng)平均流(liu)速點法(fa),插入深(shen)L=0.121D,測量精(jing)度幾乎(hū)不受雷(lei)諾數變(bian)化的影(yǐng)響;直管(guan)段較短(duǎn)時,一般(ban)采用中(zhong)心最大(dà)流速點(dian)法,插入(rù)深L=0.5D.
　　在浮(fú)法玻璃(lí)生産線(xiàn)上,影響(xiǎng)其被選(xuǎn)用的主(zhu)要是現(xiàn)場沒有(you)測量所(suo)需的足(zú)夠長的(de)直管段(duàn),環境振(zhen)動和測(ce)量下限(xian)值限制(zhì)等因素(sù)。
3均速管(guan)流量計(jì)
　　屬差壓(yā)式流量(liang)計,由單(dan)點測速(sù)的皮托(tuō)管演變(bian)發展而(ér)來,基于(yú)流體力(li)學能量(liang)守衡原(yuán)理,遵從(cóng)伯努利(lì)定律。流(liú)體的全(quán)壓(總壓(ya)力)等于(yú)其動壓(yā)加靜壓(yā)，測得流(liú)體的平(píng)均全壓(yā)與平均(jun1)靜壓之(zhi)差DP,就獲(huo)得流體(tǐ)的平均(jun)動壓值(zhí)。流體的(de)平均動(dong)壓即平(ping)均差壓(yā)DP與平均(jun)流速V間(jiān)的關系(xì)爲:
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中(zhong):K爲均速(sù)管流量(liàng)系數;4爲(wèi)管道有(you)效截面(mian)積。
　　均速(sù)管流量(liang)計導緻(zhì)的流體(tǐ)壓力損(sǔn)失很小(xiǎo)，永久壓(ya)力損失(shi)僅是标(biao)準孔闆(pan)的5%以下(xià),均速管(guan)結構簡(jian)單,安裝(zhuāng)維護比(bǐ)較方便(biàn)(但比渦(wo)街流量(liang)計和熱(re)式質量(liang)流量計(jì)要增加(jiā)取壓導(dao)壓管和(hé)差壓變(biàn)送器),大(dà)口徑管(guan)路流量(liang)測量時(shí)優點突(tū)出。各公(gōng)司标稱(cheng)的所需(xū)直管段(duàn)差異很(hen)大,有的(de)小到2D,大(da)的卻要(yào)20D;價格差(cha)異也很(hen)大,不含(han)差壓變(bian)送器,便(bian)宜的一(yi)兩千元(yuan),貴的上(shàng)萬元。
　　均(jun)速管流(liú)量計第(di)一代圓(yuán)型截面(mian)産品缺(quē)點是互(hù)換性較(jiào)差,K值欠(qiàn)穩定,差(chà)壓信号(hao)小，取壓(ya)孔有堵(du)塞之慮(lǜ)。針對缺(quē)點,近十(shi)幾年出(chu)現了第(dì)二代(橢(tuǒ)圓型、扇(shan)型、菱型(xing)即寶石(shi)鑽石型(xing)、子彈型(xíng)、機翼型(xing)等)和第(dì)三代産(chan)品(T型)。EMERSON旗(qi)下的羅(luó)斯蒙特(te)推出的(de)T型專利(lì)産品，具(ju)有本質(zhi)抗堵性(xing),信噪比(bi)大,K值穩(wěn)定,測量(liàng)精度較(jiao)高,對安(an)裝要求(qiú)降低。
一(yi)些玻璃(li)廠用戶(hù)反映,均(jun)速管風(fēng)流量計(ji)安裝初(chū)期尚好(hao),後期檢(jiǎn)測不正(zheng)常。可能(néng)原因無(wú)外乎以(yǐ)下幾點(dian):
①均速管(guǎn)正負檢(jian)測孔堵(du)塞;或均(jun1)速管未(wei)固定安(an)裝好,正(zheng)壓檢測(ce)孔未正(zhèng)對流體(tǐ)方向。
②取(qu)壓導壓(yā)管洩漏(lou)或堵塞(sai)(若洩漏(lou)不僅會(huì)直接影(ying)響測量(liang),還由于(yu)有含塵(chén)流體緩(huan)慢流動(dòng),易導緻(zhi)均速管(guan)内積雜(zá)塵,易堵(dǔ)塞)。
③閥門(mén)(含 三閥(fá)組 )堵塞(sai)或洩漏(lòu)。
④差壓變(biàn)送器異(yì)常。
排除(chú)以上故(gu)障後應(yīng)可恢複(fu)正常工(gōng)作,無須(xu)更換流(liú)量計。
　　需(xū)要提示(shi)的是,若(ruo)直管段(duàn)不夠長(zhǎng),會引入(ru)測量誤(wù)差。另外(wai),若沒有(yǒu)采用溫(wēn)、壓自動(dòng)補償,而(ér)實際.運(yùn)行工藝(yi)參數(尤(yóu)其是壓(yā)力)偏離(lí)均速管(guǎn)選用設(shè)計值較(jiào)大時,将(jiāng)引入較(jiào)大的測(ce)量誤差(chà),在助燃(ran)風等普(pu)遍采用(yòng)變頻調(diao)速控制(zhì)的情況(kuang)下此問(wen)題較突(tu)出,建議(yi)應采用(yong)溫、壓自(zi)動補償(chang)。
4熱式質(zhì)量流量(liàng)計
　　 熱式(shi)質量流(liu)量計基(jī)于熱傳(chuan)遞原理(lǐ)。傳感元(yuan)件是封(feng)裝于不(bú)鏽鋼套(tào)管内的(de)2個精密(mì)熱電阻(zu)RTD(一般爲(wei)鉑電阻(zu))，其一是(shi)流體介(jiè)質溫度(dù)傳感元(yuán)件，另一(yī)爲加熱(rè)兼傳感(gǎn)元件，由(yóu)它們組(zu)成惠斯(sī)登電橋(qiao)的兩個(ge)橋臂，控(kòng)制加熱(rè)傳感器(qì)的加熱(re)功率，以(yi)使加熱(rè)傳感器(qì)和參比(bi)溫度傳(chuan)感器間(jiān)保持恒(heng)定溫差(cha)Δt=t,-t.=常數。流(liu)體流過(guo)加熱傳(chuan)感器所(suo)帶走的(de)熱量和(hé)流體的(de)流速與(yǔ)密度之(zhī)積ρV的m次(cì)方成正(zheng)比，即與(yu)流體的(de)質量流(liú)量的m次(cì)方成正(zheng)比。流體(ti)的質量(liàng)流量變(bian)化時，必(bi)須同時(shi)相應改(gǎi)變加熱(rè)傳感器(qi)的加熱(rè)功率，才(cai)能保持(chí)Δt不變，故(gu)測得加(jia)熱功率(lü)就間接(jie)地測得(dé)流體的(de)質量流(liú)量。檢測(cè)元件總(zong)熱損失(shi)E與質量(liang)流速ρV、質(zhì)量流量(liang)M間的函(hán)數關系(xì)式如下(xia):

　　式中:k爲(wei)流體導(dao)熱系數(shù);A,爲被加(jia)熱元件(jiàn)面積;B爲(wèi)傳感器(qì)支撐件(jiàn)的自然(ran)對流、熱(re)輻射和(he)熱傳導(dǎo)總的熱(re)傳遞常(cháng)數(相對(duì)于介質(zhi)的強制(zhi)對流，傳(chuán)感器的(de)自然對(duì)流、熱輻(fú)射和熱(rè)傳導影(ying)響極小(xiǎo));C爲.常數(shù);d爲傳感(gǎn)器直徑(jing);μ爲流體(tǐ)黏度;m爲(wei)系數(一(yi)般m≥0.3);T,爲元(yuan)件表面(mian)溫度;T爲(wèi)介質溫(wēn)度;A爲管(guǎn)道有效(xiao)截面積(jī)。
　　熱式工(gong)作原理(lǐ)的質量(liang)流量計(ji)幾十年(nian)前就有(you)，但獲得(dé)推廣應(yīng)用是近(jin)十幾年(nian)的事。遺(yi)憾的是(shi)目前國(guó)内售價(jià)仍太高(gāo)，其實測(ce)量原理(li)和制造(zao)工藝并(bìng)不太複(fú)雜。相信(xin)随着制(zhì)造商的(de)增加和(he)競争的(de)引入，其(qí)價格可(kě)望逐漸(jiàn)降至與(yu)渦街流(liu)量計相(xiàng)當。
　　熱式(shi)質量流(liu)量計有(yǒu)許多優(yōu)點:一體(tǐ)化結構(gòu)，安裝方(fang)便，直接(jiē)測得質(zhi)量流量(liang)，不受溫(wēn)、壓等波(bo)動影響(xiang)，量程比(bǐ)大，壓力(lì)損小，直(zhí)管段要(yào)求也比(bǐ)較低，“能(néng)适應較(jiào)惡劣環(huán)境，響應(yīng)速度快(kuài)(可達1s)等(děng)。尤其突(tū)出的是(shi)高量程(chéng)比，一般(ban)100:1以上，甚(shèn)至可達(da)300:1,特别是(shi)在量程(chéng)低端也(ye)有極高(gāo)的靈敏(min)度和精(jing)度，這在(zài)工況參(cān)數事先(xiān)不能确(què)知的場(chǎng)合是很(hěn)可貴的(de)。缺點是(shi)目前價(jià)仍較高(gāo)(進口産(chan)品約2萬(wan))，并且長(zhǎng)期使用(yòng)也會在(zài)傳感元(yuán)件處黏(nián)附粉塵(chen)雜質，影(ying)響測量(liàng)，需及時(shi)清潔。對(duì)于天然(rán)氣、液化(huà)氣、氧、氫(qīng)等非空(kōng)氣流體(tǐ)(氮氣接(jie)近空氣(qì)，誤差較(jiào)小)，應要(yào)求供應(yīng)商按實(shi)氣标定(dìng)，否則誤(wu)差較大(dà)。
熱式質(zhì)量流量(liang)計在浮(fu)法玻璃(li)線上獲(huò)得了廣(guǎng)泛應用(yong)。
5多函數(shù)孔孔闆(pan)平衡式(shì)流量計(jì)
　　标準節(jiē)流孔闆(pǎn)、文丘裏(lǐ)管等傳(chuan)統節流(liu)差壓式(shì)流量計(jì)永久壓(ya)力損大(da)(由于死(sǐ)區和大(da)量渦流(liu))，量程比(bi)小，要求(qiú)直管段(duan)長，尤其(qí)不适合(he)允許壓(yā)力損小(xiao)、直管段(duàn)短和大(da)口徑管(guǎn)路的測(ce)量。
　　新型(xing)的A+K多函(han)數孔圓(yuán)盤式平(píng)衡流量(liàng)計BFM(BalancedFlowMeter)，是美(mei)國航空(kōng)航天局(ju)、馬歇爾(ěr)航空飛(fei)行中心(xin)深人研(yan)究、大量(liang)試驗的(de)成果，巧(qiǎo)妙地将(jiang)傳統整(zheng)流器和(hé)節流件(jiàn)一體化(hua)、創新化(huà)，雖然原(yuan)理類同(tóng)标準孔(kong)闆等節(jie)流式差(chà)壓流量(liang)計，同樣(yàng)遵從伯(bó)努利定(ding)律，但由(you)于圓盤(pan)具有多(duō)個獨特(tè)的函數(shù)孔，在節(jiē)流同時(shí)還對流(liú)體進行(hang)整流和(hé)平衡調(diào)整，因此(cǐ)在減小(xiao)直管段(duan)要求(最(zuì)短0.5D)，減小(xiǎo)永久壓(yā)力損(是(shì)傳統的(de)1/3),提高量(liàng)程比(>10:1)、測(cè)量精度(dù)(優于0.5%)、穩(wen)定性(噪(zao)聲是傳(chuán)統的1/15)、耐(nai)污堵等(děng)方面均(jun)有極大(da)改善。還(hai)可測雙(shuāng)向流、氣(qi)液兩相(xiang)流、漿料(liào)甚至固(gù)體顆粒(lì)流，幾乎(hu)适用于(yú)所有流(liú)體。
　　缺點(dian)是由于(yú)專有技(jì)術、前期(qī)開發等(děng)因素，目(mu)前售價(jià)比較高(gao)，相信總(zong)趨勢将(jiāng)逐漸向(xiàng)标準節(jie)流件價(jià)格靠攏(lǒng);此外，雖(sui)然永久(jiu)壓力損(sǔn)比傳統(tong)标準節(jie)流件小(xiao)很多，但(dàn)仍比熱(rè)式、均速(sù)管等流(liu)量計壓(ya)力損大(da)，特别是(shì)用于低(di)壓流體(tǐ)時，其永(yong)久壓力(li)損往往(wang)高于總(zǒng)壓力的(de)10%以上;另(ling)外，與标(biao)準節流(liú)件一樣(yàng)，要配套(tao)取壓管(guan)路和差(chà)壓變送(sòng)器，壓力(lì)、溫度變(bian)動較大(dà)時要采(cai)取自動(dong)補償;大(dà)口徑管(guan)路流量(liang)測量時(shi)，無論是(shi)性1價比(bǐ)還是安(an)裝方面(miàn)考慮均(jun)無優勢(shì)。
　　多孔平(ping)衡式流(liú)量計将(jiang)逐漸取(qǔ)代原來(lái)傳統的(de)标準差(cha)壓式節(jiē)流裝置(zhi)，随着價(jia)格的逐(zhu)漸下降(jiang)和節能(neng)降耗事(shì)業的深(shen)入發展(zhan)，其在流(liu)量測量(liàng)領域将(jiang)有較廣(guǎng)闊的應(yīng)用前景(jing)。

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