中央空調水專用流量計的測量介質的流體特性
點擊次數(shù)：1817 發(fā)布時間：2021-01-16 13:05:52
前篇我們介紹了流量計在選型過程中需要關注一*一個方面，也就是流量計的性能要求，本文介紹的是流量計與流體特性的關系，流體介質的特性包括了溫度和壓力，粘度，腐蝕性等多方面的參數(shù)要求。
流體特性
在流量測量中由于各種流量計總會受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上會影響流量計的選型。因此，所選擇的測量方法和流量計不僅要適應被測流體的性質，還要考慮測量過程中流體物性某一參量變化對另一參量的影響。比如，溫度變化對液體粘度的影響。
流體物性方面常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊中查到，評估使用條件下流體各參量和選擇流量計的適應性。但也會有些物性是無法查到。比如腐蝕性、結垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。
（1）流體的溫度和壓力
仔細的分析流量計內流體的工作壓力和溫度，尤其是測量氣體時溫度壓力變化造成過大的密度變化，可能要改變所選擇的測量方法。比如，溫度和壓力影響流量測量準確度等性能時，要作溫度或壓力修正。另外，流量計外殼的結構強度設計和材質也取決于流體的溫度和壓力。因此，必須確切地知道溫度和壓力的*大值和*小值。當溫度和壓力變動很大時更應仔細選擇。
還應注意在測量氣體時要確認其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標準狀態(tài)下的溫度和壓力。
（2）流體的密度
對于液體，在大部分應用場合下其密度相對恒定，除非溫度變化很大而引起較大變化，一般可不進行密度修正。在氣體應用場合，流量計的范圍度和線性度，取決于氣體密度,，一般要知道在標準狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值，以便選用。也有將流動狀態(tài)的值換算到某些公認的參比值，這種方法在石油儲運方面應用普遍。低密度氣體對某些測量方法，特別是利用氣體動量推動檢測傳感器的儀表（比如渦輪流量計）會比較困難。
（3）粘度
各種液體之間粘度差別很大，且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同，各種氣體之間粘度差別較小，其值一般較低。且不會因溫度和壓力變化而有顯著變化。因為液體的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下，水的動力粘度為 Pa·s，而空氣的動力粘度則為 Pa·s，所以液體一定要考慮粘度的影響，而氣體的粘度就不如液體那樣重要。
粘度對各類流量計的影響程度不一樣，比如，對于中央空調水流量計、超聲流量計和科里奧利式質量流量計的流量值是在很寬粘度范圍內，可以認為不受液體粘度的影響；容積式流量計的誤差特性和粘度有關，可能會略受影響；而浮子流量計、渦輪流量計和渦街流量計，當粘度超過某值時則影響較大以致不能使用。
有些流量計的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進行描述的，而管道雷諾數(shù)是流體粘度、密度以及管道流速的函數(shù)。因此，粘度對儀表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個參數(shù)，大多數(shù)流量測量方法和流量計僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計，如果應用于非牛頓流體時將給測量帶來影響。所以，牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。
粘度對不同類型的流量計范圍度的影響趨勢各異，一般容積式流量計粘度增加，范圍度擴大。而渦輪流量計和渦街流量計則相反，粘度增加，范圍度縮小。因此，在評估流量計的適應性時，應該要掌握液體的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體（如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆）性質的液體，它們的流動狀態(tài)復雜，不易判斷其屬性，當選擇流量計時必須謹慎。
（4）化學腐蝕和結垢
①化學腐蝕問題
流體的化學腐蝕問題有時會成為我們選擇測量方法和使用流量計的決定因素。比如，某些流體會使流量計接觸零件腐蝕，表面結垢或積淀析出晶體，金屬零件表面產生電解化學作用，這些現(xiàn)象的產生會降低流量計的性能和使用壽命。因此，為了解決化學腐蝕和結垢問題，制造廠采取了許多方法，如選用抗腐蝕材料或在流量計的結構上采取防腐蝕措施，比如，節(jié)流裝置孔板用陶瓷材料制造，金屬浮子流量計內襯耐腐蝕的工程塑料。但是對于結構較復雜的流量計，如容積式流量計和渦輪流量計等就無法對具有腐蝕性流體進行測量了。有一些流量計是從原理結構上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測流體接觸，本質上就是防腐蝕的。中央空調水專用流量計只有測量管襯里和一對形狀簡單的電*與液體接觸，近年有些設計將電*也不與液體接觸，也是一種防腐蝕的措施。
② 結垢
由于流量計腔體和流量傳感器上結垢或析出結晶會減少流量計內活動部件的間隙，降低流量計內敏感元件的靈敏度或測量性能。比如在超聲流量計應用上結垢層會阻礙超聲波發(fā)射。在中央空調水專用流量計應用上不導電結垢層絕緣了電*表面，會使流量計無法工作。所以有些流量計常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結晶或加裝裝置除垢器。
化學腐蝕和結垢的結果是改變試驗管道內壁粗糙度，而粗糙度會影響流體的流速分布，因此，建議使用者應注意這個問題，比如多年使用的管道應進行清洗和除垢工作。
腐蝕和結垢影響流量測量值的變化會因流量計的類型而不同。下面以超聲流量計和中央空調水專用流量計為例來說明由于管道結垢影響的結果，比如，內徑為50mm的管道，內壁結垢或沉積0.1～0.2mm，會使測量管道面積縮小0.4%～0.6%，所產生的誤差對于0.5～1.0級的流量計將是不容忽視的偏差。
（5）壓縮系數(shù)
氣體壓縮系數(shù)z為一定質量的氣體，在相同溫度、壓力下，其實際比體積與“理想比體積”之比。一般地說，對于理想氣體z=0；實際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數(shù)值大小表示實際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數(shù)z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此，氣體測量一定要通過壓縮系數(shù)求取工作狀態(tài)下的流體密度。如果組分固定的流體通過溫度、壓力和壓縮系數(shù)計算密度。如果流體為多組分（比如對天然氣的計量）并工作在接近（或在）超臨界區(qū)，就需要配備在線密度計在線對密度進行測量。
流體特性
在流量測量中由于各種流量計總會受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上會影響流量計的選型。因此，所選擇的測量方法和流量計不僅要適應被測流體的性質，還要考慮測量過程中流體物性某一參量變化對另一參量的影響。比如，溫度變化對液體粘度的影響。
流體物性方面常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊中查到，評估使用條件下流體各參量和選擇流量計的適應性。但也會有些物性是無法查到。比如腐蝕性、結垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。
（1）流體的溫度和壓力
仔細的分析流量計內流體的工作壓力和溫度，尤其是測量氣體時溫度壓力變化造成過大的密度變化，可能要改變所選擇的測量方法。比如，溫度和壓力影響流量測量準確度等性能時，要作溫度或壓力修正。另外，流量計外殼的結構強度設計和材質也取決于流體的溫度和壓力。因此，必須確切地知道溫度和壓力的*大值和*小值。當溫度和壓力變動很大時更應仔細選擇。
還應注意在測量氣體時要確認其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標準狀態(tài)下的溫度和壓力。
（2）流體的密度
對于液體，在大部分應用場合下其密度相對恒定，除非溫度變化很大而引起較大變化，一般可不進行密度修正。在氣體應用場合，流量計的范圍度和線性度，取決于氣體密度,，一般要知道在標準狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值，以便選用。也有將流動狀態(tài)的值換算到某些公認的參比值，這種方法在石油儲運方面應用普遍。低密度氣體對某些測量方法，特別是利用氣體動量推動檢測傳感器的儀表（比如渦輪流量計）會比較困難。
（3）粘度
各種液體之間粘度差別很大，且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同，各種氣體之間粘度差別較小，其值一般較低。且不會因溫度和壓力變化而有顯著變化。因為液體的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下，水的動力粘度為 Pa·s，而空氣的動力粘度則為 Pa·s，所以液體一定要考慮粘度的影響，而氣體的粘度就不如液體那樣重要。
粘度對各類流量計的影響程度不一樣，比如，對于中央空調水流量計、超聲流量計和科里奧利式質量流量計的流量值是在很寬粘度范圍內，可以認為不受液體粘度的影響；容積式流量計的誤差特性和粘度有關，可能會略受影響；而浮子流量計、渦輪流量計和渦街流量計，當粘度超過某值時則影響較大以致不能使用。
有些流量計的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進行描述的，而管道雷諾數(shù)是流體粘度、密度以及管道流速的函數(shù)。因此，粘度對儀表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個參數(shù)，大多數(shù)流量測量方法和流量計僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計，如果應用于非牛頓流體時將給測量帶來影響。所以，牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。
粘度對不同類型的流量計范圍度的影響趨勢各異，一般容積式流量計粘度增加，范圍度擴大。而渦輪流量計和渦街流量計則相反，粘度增加，范圍度縮小。因此，在評估流量計的適應性時，應該要掌握液體的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體（如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆）性質的液體，它們的流動狀態(tài)復雜，不易判斷其屬性，當選擇流量計時必須謹慎。
（4）化學腐蝕和結垢
①化學腐蝕問題
流體的化學腐蝕問題有時會成為我們選擇測量方法和使用流量計的決定因素。比如，某些流體會使流量計接觸零件腐蝕，表面結垢或積淀析出晶體，金屬零件表面產生電解化學作用，這些現(xiàn)象的產生會降低流量計的性能和使用壽命。因此，為了解決化學腐蝕和結垢問題，制造廠采取了許多方法，如選用抗腐蝕材料或在流量計的結構上采取防腐蝕措施，比如，節(jié)流裝置孔板用陶瓷材料制造，金屬浮子流量計內襯耐腐蝕的工程塑料。但是對于結構較復雜的流量計，如容積式流量計和渦輪流量計等就無法對具有腐蝕性流體進行測量了。有一些流量計是從原理結構上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測流體接觸，本質上就是防腐蝕的。中央空調水專用流量計只有測量管襯里和一對形狀簡單的電*與液體接觸，近年有些設計將電*也不與液體接觸，也是一種防腐蝕的措施。
② 結垢
由于流量計腔體和流量傳感器上結垢或析出結晶會減少流量計內活動部件的間隙，降低流量計內敏感元件的靈敏度或測量性能。比如在超聲流量計應用上結垢層會阻礙超聲波發(fā)射。在中央空調水專用流量計應用上不導電結垢層絕緣了電*表面，會使流量計無法工作。所以有些流量計常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結晶或加裝裝置除垢器。
化學腐蝕和結垢的結果是改變試驗管道內壁粗糙度，而粗糙度會影響流體的流速分布，因此，建議使用者應注意這個問題，比如多年使用的管道應進行清洗和除垢工作。
腐蝕和結垢影響流量測量值的變化會因流量計的類型而不同。下面以超聲流量計和中央空調水專用流量計為例來說明由于管道結垢影響的結果，比如，內徑為50mm的管道，內壁結垢或沉積0.1～0.2mm，會使測量管道面積縮小0.4%～0.6%，所產生的誤差對于0.5～1.0級的流量計將是不容忽視的偏差。
（5）壓縮系數(shù)
氣體壓縮系數(shù)z為一定質量的氣體，在相同溫度、壓力下，其實際比體積與“理想比體積”之比。一般地說，對于理想氣體z=0；實際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數(shù)值大小表示實際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數(shù)z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此，氣體測量一定要通過壓縮系數(shù)求取工作狀態(tài)下的流體密度。如果組分固定的流體通過溫度、壓力和壓縮系數(shù)計算密度。如果流體為多組分（比如對天然氣的計量）并工作在接近（或在）超臨界區(qū)，就需要配備在線密度計在線對密度進行測量。