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| 節(jié)流流量傳感器應用之路在何方？ |
| 節(jié)流流量傳感器應用之路在何方？ | | 發(fā)布時間：2017/3/28 10:53:45 |
近十年來，新型節(jié)流流量傳感器(一種對安裝直管段長度要求較短、準確度仍較高的流量儀表)，在我國引進、開發(fā)、推廣應用異常活躍。由于在推廣中急功近利，炒作過熱，條件尚未成熟，就呼吁大力推廣，已造成多起嚴重事故。如何穩(wěn)步推廣應用新型節(jié)流流量傳感器，引起了業(yè)界的普遍關注。
經(jīng)典節(jié)流流量傳感器不再輝煌
經(jīng)典節(jié)流流量傳感器應用的歷史超過百年，積累了豐富的科研數(shù)據(jù)使用經(jīng)驗，制定了標準無需標定，可承受惡劣工況，生產成本低，性價比較高。但它也存在不少缺點，如：易于堵塞，壓損較大，準確度難以長期維持，特別是根據(jù)ISO5167-2003新標準，要維持±0.5~1%的準確度，經(jīng)典節(jié)流流量傳感器的前安裝直管段長度需30~40D。雖可對在應用中偏離標準的影響進行估算。但這種估算僅僅只是增加計量的不確定度，而無益于準確度的提高。市場迫切需要一種既可耐惡劣工況，價格適中，對安裝直管段長度不高又能維持較高準確度的新型節(jié)流流量傳感器。
新型節(jié)流流量傳感器的原理
差壓流量儀表種類可達幾十，萬變不離其宗，其原理都基于能量守恒與質量守恒這兩個物理公式，即由于流體流通的橫截面積和/或流動通道的變化所引發(fā)的差壓是流體流速、流體通道和流體特性的函數(shù)。
多孔孔板
多孔孔板與經(jīng)典孔板相比較，最大的特點是：多孔孔板的節(jié)流件除了節(jié)流還有整流的作用，它解決了工業(yè)現(xiàn)場的直管段長度不長又可以達到必要的準確度的矛盾。在直管段長度較短（5~10D）的情況下，仍可達到±1%的準確度，值得關注。
2002年，由美國Ro s emo u n t推出的調整孔板（Conditioning Orifice Plate），首創(chuàng)了這類節(jié)流流量傳感器，繼調整孔板之后，2004年美國A+Flowt ek公司推出了平衡式流量儀表，2007年進入中國；我國天津某公司于2008年，推出了結構不同于美國A+Flowtek的整流式流量傳感器。而測試數(shù)據(jù)表明，在前直管段僅2D時，準確度可達±1%，為5D時，準確度可達±0.3%，β值建議取0.5～0.65之間。在前直管段長度約30D的條件下，對上述的三種結構進行了流出系數(shù)的重復性、不確定度、線性度的測試比較，技術性能難分伯仲。
多孔孔板的計算與孔板類似，主要區(qū)別是如何計算β值。首先需算出它的流通面積Aef。
內錐流量傳感器
對于內錐流量傳感器，流體是通過節(jié)流件錐體與管壁形成了具有整流作用的環(huán)形通道。這種環(huán)形通道節(jié)流方式可在確保較高準確度的前提下，對前直管段長度的要求比孔板低得多。美國科羅拉多工程實驗室（CEESI）對其進行了測試，數(shù)據(jù)公布在API MPMS22.2中，測試報告宣稱，不僅直管段要求短，而且壓損也比孔板低一些。
內錐流量傳感器β值的計算，仍需通過流通面積A時來計算當量直徑dV。
內錐流量傳感器在我國21世紀初期，在缺乏充分研究、測試，沒有標準、規(guī)程的情況下，而又過熱炒作，廠家為追逐利潤，忽視質量紛紛仿制；用戶不分場合到處濫用，造成多起嚴重事故。
針對內錐流量傳感器的不足，我國近幾年相繼推出了槽道、內文丘利、梭式等新型節(jié)流流量傳感器。
槽道流量傳感器
由金湖統(tǒng)創(chuàng)司推出， 節(jié)流件為一紡錘體（圖１），具有較長的中段，用4個導流片來固定節(jié)流件，從力學角度看較內錐安全、可靠。但作為節(jié)流件的紡錘體過長，不僅加大了加工成本，也增大了摩阻，壓力損失在相同的β值下，約為內錐的2/3。如維持±1%精確度，前直段不得小于5D。
梭式流量傳感器
梭式流量傳感器尾部可使加速的流體在擴張的通道中，不分離的條件下減速增壓，使不可恢復壓損降至最小。樣機初測表明：β=0.64時，流出系數(shù)誤差為±0.3%，壓損僅為槽道的2/3，內錐的1/3。
環(huán)楔流量傳感器
近幾年推出一種新型差壓流量傳感器。據(jù)稱，這種流量傳感器增加了量程比， 減小了壓損， 增加了耐磨性。美國科羅拉多工程試驗室曾對其進行了測試，確定了流出系數(shù)及膨脹系數(shù)等有關數(shù)據(jù)，但仍不夠充分。對以上所述的優(yōu)點，筆者有所質疑，它的結構與文丘里管有相似之處，只是增大了擴張角，又如何保證流體不分離而減小壓損？
教訓與建議
前車之覆，后車之鑒 近七、八年以來我國流量業(yè)界根據(jù)市場需求，引進和自行開發(fā)了不少新型節(jié)流流量傳感器，成績斐然。在推廣應用過程中必然會面臨不少問題，生產廠家應根據(jù)這些問題，認真逐一解決，才有可能使產品日益完善。遺憾的是不少廠商為利所惑，熱衷于炒作，忽視產品的改進。如內錐流量傳感器在已知單臂懸掛易折斷，后錐取壓孔易堵、壓損較大（僅次于孔板）的情況下，不僅未認真改進，反而呼吁大力推廣。結果，發(fā)生了機毀人亡的嚴重事故。當前，爆炸聲余音未了，炒作的沉渣似又泛起，應引起國內業(yè)界的嚴重關注。
少說空話，多干實事 由于影響流量儀表的因素較多，在研發(fā)過程中有不少數(shù)據(jù)，無法通過理論推導來確定；在推廣應用開始的一個階段，所遇到的不少問題都只能腳踏實地用試驗來逐一解決；而故弄玄虛、炒作理念是無濟于事的。
測試數(shù)據(jù)與標準 在研發(fā)、改善流量儀表的過程中，只有腳踏實地去做試驗，以積累成千上萬的數(shù)據(jù)。為使新型流量儀表在推廣過程中穩(wěn)步前進，需要對這些數(shù)據(jù)認真整理，去偽存真。必要時對有疑惑的數(shù)據(jù)還應重新測試予以核實、印證。在此基礎上歸納、整理、總結、提高所撰寫的標準才有實用、推廣價值，使生產廠家有數(shù)可依，使用者有據(jù)可查。
標準是測試數(shù)據(jù)的升華與提高；而一個切實可行的標準也必須建立在大量嚴謹可靠的測試數(shù)據(jù)上，否則，將難以實施，只是一紙空文而已。
評估新型節(jié)流流量傳感器的校驗裝置
新型節(jié)流流量傳感器的特點都宣稱具有安裝直管段短而確保準確度高的性能，只有通過專用的阻力件流量校驗裝置所試數(shù)據(jù)才能令人信服。國外已建立這種裝置，開展十多年的測試、研究，很遺憾我國尚未引起足夠重視。
標準的制定
近百年以來，經(jīng)典節(jié)流流量傳感器由于制定了標準，才可能在上世紀中期取得流量市場近70%的份額。但隨著工業(yè)的現(xiàn)代化，新型流量儀表不斷推出，要順利推行這些儀表，首先需要制定標準。電磁、超聲均已著手制定標準，而新型節(jié)流流量傳感器由于種類較多，制定標準雖有一定難度也必須考慮，否則又將無序濫造，無據(jù)選用，難以避免發(fā)生重大事故。
有關制定標準的條件， 如何制定，由于篇幅限制，請參閱API MPMS22.2“差壓式流量儀表測試備忘錄”。
小結
從中天之日到夕陽西下 經(jīng)典節(jié)流流量傳感器問世已有百余年的悠久歷史。但其致命的弱點是必需具有30~40D的安裝直管段長度，才可能保證有±1%的準確度。對于現(xiàn)代化的工業(yè)，不可能滿足這個苛刻的條件，只能是無可奈何花落去了。
初露鋒芒但并不完美 為應對經(jīng)典節(jié)流流量傳感器的不足，近十年推出了以縮短安裝直管段長度而確保準確度為特點的環(huán)形通道、多孔孔板等多種新型節(jié)流流量傳感器，初露鋒芒即有令人矚目的表現(xiàn)。但它與經(jīng)典節(jié)流流量傳感器相比，還是比較稚嫩，如果在條件尚不成熟就不顧后果全面、大力推廣，必將重蹈覆轍，發(fā)生令人難以接受的嚴重事故�？茖W試驗與建立標準 為什么經(jīng)典節(jié)流流量傳感器能經(jīng)歷百余年輝煌的歷史？靠的是反復認真進行科學試驗，再將試驗結果用于現(xiàn)場進行驗證，如此不斷地測試、提升。將這些成果總結成為標準，才有穩(wěn)固的基礎。令制造有法可依，使用有據(jù)可查。
阻力件試驗勢在必行 新型節(jié)流流量傳感器的特點在于無需較長的直管段長度，即可維持較高的準確度，這個特點必須由廠家用科學的試驗數(shù)據(jù)予以驗證，且由第三方予以證明，而不能只是引經(jīng)據(jù)典，用別人的實驗數(shù)據(jù)來證明自己產品的技術性能。要創(chuàng)立民族的品牌，沒有捷徑可走，必須腳踏實做實驗，一絲不茍測數(shù)據(jù)。研發(fā)新型節(jié)流流量傳感器，阻力件試驗勢在必行，建立相應的試驗室迫在眉睫。 |
近十年來，新型節(jié)流流量傳感器(一種對安裝直管段長度要求較短、準確度仍較高的流量儀表)，在我國引進、開發(fā)、推廣應用異常活躍。由于在推廣中急功近利，炒作過熱，條件尚未成熟，就呼吁大力推廣，已造成多起嚴重事故。如何穩(wěn)步推廣應用新型節(jié)流流量傳感器，引起了業(yè)界的普遍關注。
經(jīng)典節(jié)流流量傳感器不再輝煌
經(jīng)典節(jié)流流量傳感器應用的歷史超過百年，積累了豐富的科研數(shù)據(jù)使用經(jīng)驗，制定了標準無需標定，可承受惡劣工況，生產成本低，性價比較高。但它也存在不少缺點，如：易于堵塞，壓損較大，準確度難以長期維持，特別是根據(jù)ISO5167-2003新標準，要維持±0.5~1%的準確度，經(jīng)典節(jié)流流量傳感器的前安裝直管段長度需30~40D。雖可對在應用中偏離標準的影響進行估算。但這種估算僅僅只是增加計量的不確定度，而無益于準確度的提高。市場迫切需要一種既可耐惡劣工況，價格適中，對安裝直管段長度不高又能維持較高準確度的新型節(jié)流流量傳感器。
新型節(jié)流流量傳感器的原理
差壓流量儀表種類可達幾十，萬變不離其宗，其原理都基于能量守恒與質量守恒這兩個物理公式，即由于流體流通的橫截面積和/或流動通道的變化所引發(fā)的差壓是流體流速、流體通道和流體特性的函數(shù)。
多孔孔板
多孔孔板與經(jīng)典孔板相比較，最大的特點是：多孔孔板的節(jié)流件除了節(jié)流還有整流的作用，它解決了工業(yè)現(xiàn)場的直管段長度不長又可以達到必要的準確度的矛盾。在直管段長度較短（5~10D）的情況下，仍可達到±1%的準確度，值得關注。
2002年，由美國Ro s emo u n t推出的調整孔板（Conditioning Orifice Plate），首創(chuàng)了這類節(jié)流流量傳感器，繼調整孔板之后，2004年美國A+Flowt ek公司推出了平衡式流量儀表，2007年進入中國；我國天津某公司于2008年，推出了結構不同于美國A+Flowtek的整流式流量傳感器。而測試數(shù)據(jù)表明，在前直管段僅2D時，準確度可達±1%，為5D時，準確度可達±0.3%，β值建議取0.5～0.65之間。在前直管段長度約30D的條件下，對上述的三種結構進行了流出系數(shù)的重復性、不確定度、線性度的測試比較，技術性能難分伯仲。
多孔孔板的計算與孔板類似，主要區(qū)別是如何計算β值。首先需算出它的流通面積Aef。
內錐流量傳感器
對于內錐流量傳感器，流體是通過節(jié)流件錐體與管壁形成了具有整流作用的環(huán)形通道。這種環(huán)形通道節(jié)流方式可在確保較高準確度的前提下，對前直管段長度的要求比孔板低得多。美國科羅拉多工程實驗室（CEESI）對其進行了測試，數(shù)據(jù)公布在API MPMS22.2中，測試報告宣稱，不僅直管段要求短，而且壓損也比孔板低一些。
內錐流量傳感器β值的計算，仍需通過流通面積A時來計算當量直徑dV。
內錐流量傳感器在我國21世紀初期，在缺乏充分研究、測試，沒有標準、規(guī)程的情況下，而又過熱炒作，廠家為追逐利潤，忽視質量紛紛仿制；用戶不分場合到處濫用，造成多起嚴重事故。
針對內錐流量傳感器的不足，我國近幾年相繼推出了槽道、內文丘利、梭式等新型節(jié)流流量傳感器。
槽道流量傳感器
由金湖統(tǒng)創(chuàng)司推出， 節(jié)流件為一紡錘體（圖１），具有較長的中段，用4個導流片來固定節(jié)流件，從力學角度看較內錐安全、可靠。但作為節(jié)流件的紡錘體過長，不僅加大了加工成本，也增大了摩阻，壓力損失在相同的β值下，約為內錐的2/3。如維持±1%精確度，前直段不得小于5D。
梭式流量傳感器
梭式流量傳感器尾部可使加速的流體在擴張的通道中，不分離的條件下減速增壓，使不可恢復壓損降至最小。樣機初測表明：β=0.64時，流出系數(shù)誤差為±0.3%，壓損僅為槽道的2/3，內錐的1/3。
環(huán)楔流量傳感器
近幾年推出一種新型差壓流量傳感器。據(jù)稱，這種流量傳感器增加了量程比， 減小了壓損， 增加了耐磨性。美國科羅拉多工程試驗室曾對其進行了測試，確定了流出系數(shù)及膨脹系數(shù)等有關數(shù)據(jù)，但仍不夠充分。對以上所述的優(yōu)點，筆者有所質疑，它的結構與文丘里管有相似之處，只是增大了擴張角，又如何保證流體不分離而減小壓損？
教訓與建議
前車之覆，后車之鑒 近七、八年以來我國流量業(yè)界根據(jù)市場需求，引進和自行開發(fā)了不少新型節(jié)流流量傳感器，成績斐然。在推廣應用過程中必然會面臨不少問題，生產廠家應根據(jù)這些問題，認真逐一解決，才有可能使產品日益完善。遺憾的是不少廠商為利所惑，熱衷于炒作，忽視產品的改進。如內錐流量傳感器在已知單臂懸掛易折斷，后錐取壓孔易堵、壓損較大（僅次于孔板）的情況下，不僅未認真改進，反而呼吁大力推廣。結果，發(fā)生了機毀人亡的嚴重事故。當前，爆炸聲余音未了，炒作的沉渣似又泛起，應引起國內業(yè)界的嚴重關注。
少說空話，多干實事 由于影響流量儀表的因素較多，在研發(fā)過程中有不少數(shù)據(jù)，無法通過理論推導來確定；在推廣應用開始的一個階段，所遇到的不少問題都只能腳踏實地用試驗來逐一解決；而故弄玄虛、炒作理念是無濟于事的。
測試數(shù)據(jù)與標準 在研發(fā)、改善流量儀表的過程中，只有腳踏實地去做試驗，以積累成千上萬的數(shù)據(jù)。為使新型流量儀表在推廣過程中穩(wěn)步前進，需要對這些數(shù)據(jù)認真整理，去偽存真。必要時對有疑惑的數(shù)據(jù)還應重新測試予以核實、印證。在此基礎上歸納、整理、總結、提高所撰寫的標準才有實用、推廣價值，使生產廠家有數(shù)可依，使用者有據(jù)可查。
標準是測試數(shù)據(jù)的升華與提高；而一個切實可行的標準也必須建立在大量嚴謹可靠的測試數(shù)據(jù)上，否則，將難以實施，只是一紙空文而已。
評估新型節(jié)流流量傳感器的校驗裝置
新型節(jié)流流量傳感器的特點都宣稱具有安裝直管段短而確保準確度高的性能，只有通過專用的阻力件流量校驗裝置所試數(shù)據(jù)才能令人信服。國外已建立這種裝置，開展十多年的測試、研究，很遺憾我國尚未引起足夠重視。
標準的制定
近百年以來，經(jīng)典節(jié)流流量傳感器由于制定了標準，才可能在上世紀中期取得流量市場近70%的份額。但隨著工業(yè)的現(xiàn)代化，新型流量儀表不斷推出，要順利推行這些儀表，首先需要制定標準。電磁、超聲均已著手制定標準，而新型節(jié)流流量傳感器由于種類較多，制定標準雖有一定難度也必須考慮，否則又將無序濫造，無據(jù)選用，難以避免發(fā)生重大事故。
有關制定標準的條件， 如何制定，由于篇幅限制，請參閱API MPMS22.2“差壓式流量儀表測試備忘錄”。
小結
從中天之日到夕陽西下 經(jīng)典節(jié)流流量傳感器問世已有百余年的悠久歷史。但其致命的弱點是必需具有30~40D的安裝直管段長度，才可能保證有±1%的準確度。對于現(xiàn)代化的工業(yè)，不可能滿足這個苛刻的條件，只能是無可奈何花落去了。
初露鋒芒但并不完美 為應對經(jīng)典節(jié)流流量傳感器的不足，近十年推出了以縮短安裝直管段長度而確保準確度為特點的環(huán)形通道、多孔孔板等多種新型節(jié)流流量傳感器，初露鋒芒即有令人矚目的表現(xiàn)。但它與經(jīng)典節(jié)流流量傳感器相比，還是比較稚嫩，如果在條件尚不成熟就不顧后果全面、大力推廣，必將重蹈覆轍，發(fā)生令人難以接受的嚴重事故。科學試驗與建立標準 為什么經(jīng)典節(jié)流流量傳感器能經(jīng)歷百余年輝煌的歷史？靠的是反復認真進行科學試驗，再將試驗結果用于現(xiàn)場進行驗證，如此不斷地測試、提升。將這些成果總結成為標準，才有穩(wěn)固的基礎。令制造有法可依，使用有據(jù)可查。
阻力件試驗勢在必行 新型節(jié)流流量傳感器的特點在于無需較長的直管段長度，即可維持較高的準確度，這個特點必須由廠家用科學的試驗數(shù)據(jù)予以驗證，且由第三方予以證明，而不能只是引經(jīng)據(jù)典，用別人的實驗數(shù)據(jù)來證明自己產品的技術性能。要創(chuàng)立民族的品牌，沒有捷徑可走，必須腳踏實做實驗，一絲不茍測數(shù)據(jù)。研發(fā)新型節(jié)流流量傳感器，阻力件試驗勢在必行，建立相應的試驗室迫在眉睫。 |
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