正确选择流量传感器

浙江良

影响流量传感器的因素较多，原理有十余种，类型不少于200种，有人对美国现场千余台流量传感器进行了调查，发现其中60％所选择的方法不太合适，而即使选择的方法合适，又有约一半以上在安装和布局上有问题。正确选择，并非易事。归纳起来，正确选择流量传感器取决于六个因素：传感器技术参数、流体特性、流动的状态、安装、环境、经济性。
传感器技术参数
: v5 ^- C" ^" w7 W# D$ ^9 m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。
+ k; D, a  |# q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）。
2 m, A7 r) n3 r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。
9 v' E# W2 R6 t4 a7 `/ h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。
4 U: Q/ |" c( c6 ]% ~+ n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。
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。
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。
8 I5 P9 m/ K0 H" _; m% c6 Y, _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。
4 `3 @% O3 `8 K1 d- |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。
' ?) U9 \! j  H7 e( f. {1 s8 X. [& L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。
流动的状态
# g+ A6 b0 h& ^( U- q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，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。
$ X5 H6 ^$ {2 \. R# V( S3 S6 n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。
  D1 \" p# G+ q' |0 Y5 g9 a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。
安装及环境
8 x4 d6 o1 O: R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。铝板点焊机
( f, W1 i$ \/ b7 f流向流量传感器中绝大多数不能反向安装。
8 \7 r4 n9 s, A$ ?  [# |( S! q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）。
" }/ N8 c2 ?+ X  w2 Z% f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。
: c4 j5 L/ s, T, ^7 ?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。
% m& [- C" u' m; n经济性
2 Y! M% N% }4 j# v. L  }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。
/ v3 w3 Y* X  C% \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）。
3 o+ C( U8 @4 P  N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。
1 J# |# {6 J" J; L- P4 {6 `9 q5 l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。
$ p) u: M- E' `8 _+ i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。
) ^# |6 ~1 y2 o( g* B3 t8 O" }3 T文章关键词： 过滤器、传感器、材料