大口径流量计在线检测技术探讨

大口径流量计在线检测技术探讨

张洪军

2014年9月 杭州1

报告内容

一、大口径流量测量特点和流量仪表

二、液体流量标准装置三、大口径流量计在线检测

关于大流量的测量 随着工业发展，管道尺寸不断增大，同时带 来大口径流量仪表测量问题，电磁流量计口 径最大已经达3m,超声流量计已经能用到510m管道。 大口径流量计检测校准是一个难题。

一、大口径流量测量特点和流量仪表电磁流量计

超声波流量计节流式流量计 插入式流量计

(一)大口径管路流量计-液体1、大口径液体管路流量测量的特点和要求①管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径 的方法提高流速。②流速一般都不高。新设计安装的管路，一般均选择经济 流速。因为流速太低，势必增加管路的投资，流速太高， 会造成功力损耗大幅度增加，导致运行成本上升，都是不 经济的。但有些老管路，由于增产的需要而提高了流速。

③由于流速较低，流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁 沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。

④测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季 流量相差悬殊，多达1O-20倍，因此，这些水的流量计就要 求范围度特别大。 ⑤防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节 省空间，在北方，也是防冻的需要。因此流量传感器大多 被安装在仪表井内的管段上。由于雨水、井壁渗漏和管路 外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所 以设计时就应估计到这种情况，选用防持续浸水影响的流 量传感器，例如IP68的防护等级(由IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草。将电器依其防尘 防湿气之特性加以分级。)。

2、仪表选型(1)电磁流量计工作原理：当导电的流体在磁场中以 垂直方向流动而切割磁力线时，就会

在管道两边的电极上产生感应电势，感应电势的大小与磁场的强度、流体 的速度和流体垂直切割磁力线的有效

长度成正比：E kBDv

Q

1 D 2 v 4

E

4kBQ Q D

式中：E为感应电势；k为系数；B为磁场强度； D为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度；ф为仪表常数

电磁流量计设计示意图

电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其重要的地位， 这是因为该种仪表具有下列特点。 a.无可动部件，可靠性高，长期稳定性好。 b.无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义 c.测量精确度高。典型产品在u≥1m/s时，精确度可达到 ±0.3%R甚至±0.2%R。 d.范围度大。保证精确度的范围度一般可达40:1,可测范 围可达200:1,例如IFM系列产品，在v=0.

06m/s时，基本 误差仍可小于±2%R。

e.直管段要求相对较低。对于大口径管路，这一点也很重 要。有多种流量计要求前后直管达到30D,对于管径1m以上 的管路，就意味着须具备30m以上的直管段，这在多数情况 下难以满足。

f.有大口径产品。国内最大可提供DN3000的产品，从而能 满足大口径水流量测量的需要。g.品种齐全。有防浸水型IP67及防持续浸水型IP68产品。

h.其不足之处是大口径产品价格高，而且口径越大价格增 长得越快。尽管如此，像水厂、成品水和源水等计量，因 牵涉到贸易结算，对计量精确度要求高，还是愿意花较多 的钱选用电磁流量计。

电磁流量计选型、安装注意事项： 被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率； 不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量； 由于衬里材料的限制，一般使用温度为0~200℃; 因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制。

使用地点不应有强磁场干扰； 管道充满流体； 前5D、后3D直管段。 衬里的确定：主要考虑耐腐蚀性、耐磨性和流体温度； 电极的选定：考虑腐蚀性，压力状况等； 使用非金属管道应使用接地环。

主要品牌西门子 ABB 罗斯蒙特

日本横河

(2)超声波流量计工作原理：当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检 测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测 量方法有很多：按测量原理分为：

传播速度差 (时差法、频差法、相差法)

多普勒式相关法

时差法测量原理T1R1 u L流速u

声速c

D

αT2R2

α

u c

c 2 t u 2L cos

声路角α

超声换能器(超声探头)——压电陶瓷片

接收超声波：压电效应；发射超声波：逆压电效应；

探头一般均具有双功能

频差法测量原理通过测量脉冲超声波顺流声循环和逆流声循环的频 率差来测流量。一个声循环周期为： 发射 介质 接收T1R1 u D L

α 一对超声换能器，在一定的 T2R2 时间间隔内交替作为发射和 接收器。 1 c u cos 1 c u cos 逆流时 f 2 顺流时 f1 t2 L t1 L

α

u c

2u cos f f1 f 2 L

T1R1 u D

L

αT2R2

α

u c

2u cos f L

D L sin

L D u ( f1 f 2 ) f 2 cos sin 2

当α=45°时

u D f

1 1 t 2 t1 实际上： f f1 f 2 t1 t 2 t1t 2 t2 t1 本质与时差法相同 u D t1t2

讨 论a. 频差法测得的是直径上的平均流速u ,求 流量需要的是整个管道截面的平均流速uA,D

uA=f(u )D

函数关系随流型而变；T1R1 u D L

αT2R2

α

u c

速度分布畸形

单弯管加装蜂窝整流器几何模型图

蜂窝整流器几何模型图

T1R

1 u D

L

α

u c

门限电平

αT2R2超声波周期

b. 脉冲超声波接收-门限电平法

与介质对超声波衰减程度相关——介质洁净； c. 管壁内外干净，否则衰减太大。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4js4.html