1 彎管流量傳感器的特點及原理
目前用于測量流量的傳感器種類很多，如電磁、渦輪、渦街、孔板、超聲流量傳感器等。在眾多傳感器中，因?qū)α黧w介質(zhì)，粘度及溫度要求較高，大多無法滿足工況要求。彎管流量傳感器是一種新型流量傳感器，它以其不易受被測流體的密度、粘度等參數(shù)影響，對流體介質(zhì)種類、介質(zhì)質(zhì)量要求不高、傳感器對流體造成的壓力損失小、測量精度較高、便于維護(hù)以及低成本、低故障率等優(yōu)點深受用戶好評，很快在石油油井地下注水、污水排放、蒸汽、熱水貿(mào)易計量等領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。
彎管流量傳感器原理如下：
當(dāng)流體流經(jīng)彎曲管道時，基于慣性原理的離心作用，在彎管的內(nèi)、外兩側(cè)會引起壓力的變化，即外側(cè)壓力增大，內(nèi)側(cè)壓力減小，經(jīng)過人們大量的理論推導(dǎo)和實驗研究表明，在滿足一定條件下，流經(jīng)管道的流體平均流速與這一內(nèi)外側(cè)壓差有如下關(guān)系式：
式中：
V ―― 流體平均流速（m/s）；
α ―― 綜合流量系數(shù)；
R ―― 彎管曲率半徑（m）；
D ―― 彎管內(nèi)徑（m）；
P1――彎管外側(cè)壓力（Pa）。
P2――彎管內(nèi)側(cè)壓力（Pa）；
β ――指數(shù)；
ρ ―― 流體介質(zhì)的工況密度（k/m3）。
由此可見，對于特定的管道尺寸參數(shù)、介質(zhì)情況及工作條件，彎管內(nèi)外側(cè)壓力差與其流過流量存在著確定的函數(shù)關(guān)系，通過測取這一壓力差，很容易實現(xiàn)流量測量。
2 彎管傳感器
經(jīng)過大量理論推導(dǎo)和實驗，彎管的彎徑比是理論模型中的幾何特征參量，對流量測量起著重要的作用。彎徑比是指彎管的內(nèi)徑中心線圓弧的曲率半徑R和彎管的內(nèi)徑D的比值，即R/D。由于彎管曲率半徑R是一條無形的空間曲線，不能用簡單的方法直接將其準(zhǔn)確地測量出來，因此彎徑比的測量必須通過間接測量確定。目前已有專用的測量儀器運(yùn)用等弦?guī)缀螠y量法精確測量彎徑比。如果測得值在控制值范圍內(nèi)，則表明其幾何形狀的相似性，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度可控制在0.5%以內(nèi)。經(jīng)大量實流標(biāo)定驗證，與二次儀表配合使用，可實現(xiàn)1.0級準(zhǔn)確度。
3 智能彎管流量熱量積算儀
智能彎管流量熱量積算儀與智能流量熱量積算儀硬件結(jié)構(gòu)大致相同，有所區(qū)別的是種積算儀專門與彎管流量傳感器配套使用，其內(nèi)部流量計算公式專為彎管所設(shè)計，具備一般的瞬時流量、瞬時熱量、溫度、壓力測量功能并顯示和累積。為保證高測量精度，該儀表除采用實時運(yùn)算補(bǔ)償法進(jìn)行流量測量的溫度壓力補(bǔ)償外，同時也采用實時運(yùn)算補(bǔ)償法進(jìn)行管徑的熱膨脹修正，具體修正值的大小是根據(jù)實測的溫度值和彎管傳感器實際材質(zhì)的線膨脹系數(shù)運(yùn)算求得的。這些補(bǔ)償和修正使儀表測量精度得到了可靠的保證。
所有輸入信號均為模擬量4～20mA.DC，儀表準(zhǔn)確度為：0.2%FS。
這種儀表流量輸入信號為電流型4～20mA.DC信號，除質(zhì)量流量演算方法有區(qū)別外，其他計量性能與智能流量熱量積算儀大致相同，這里只介紹瞬時流量理論值計算公式：
式中：
qm―― 為質(zhì)量流量（kg/h）；
Dt ―― 為經(jīng)溫度修正后的管道內(nèi)徑（m）；
α ―― 綜合流量系數(shù)；
R/D ―― 彎徑比；
△P ―― 彎管中內(nèi)外側(cè)壓差（Pa）；
ρ ―― 流體的工況密度（kg/m3）。
上式中，差壓變送器實時測量的差壓電流信號經(jīng)開方運(yùn)算反映出流量值，密度參數(shù)決定于流體壓力與溫度，壓力變送器和溫度變送器將測得的管道上游壓力及溫度信號以4～20mA DC信號形式輸入儀表，在儀表中生成工況密度，進(jìn)行流量的在線補(bǔ)償運(yùn)算。由于影響彎徑比的參量主要是溫度，所以儀表也考慮了溫度對其影響的修正。
熱量計算分別在水蒸汽和熱水兩種工況下作了設(shè)定。計算公式為：
Q＝qm（hs－h(huán)r） （熱水）
Q＝Qmhs （水蒸氣）
Q ――瞬時熱量（kJ）；
qm――質(zhì)量流量（kg/h）；
hs ――熱焓值（供水），hs＝f（P，t）（kJ/kg）；
hr ―― 熱焓值（回水），hr＝f（p，t）（kJ/kg）。
4 結(jié)束語
目前彎管流量傳感器及其配套儀表有一體化的趨勢，逐步克服其自身不足，優(yōu)勢日趨明顯，且易在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行標(biāo)定，確保其測量精度，值得推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] JJG640-1994差壓式流量計檢定規(guī)程
[2] JJG164-2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程
