一、
V錐流量計說明介紹
1、±0.5%的測量準(zhǔn)確度,(在多數(shù)實流標(biāo)定的塔形流量計中流出系數(shù)的不確定度不超過0.4%)。這樣高的精度是孔板等傳統(tǒng)差壓儀表所不能相比的；量程比10～15：1。
2、重復(fù)性±0.1%，并且具有長期的穩(wěn)定性。
3、在使用安裝時，只需要極短的直管段甚至不需要，前面1(0)～3D,后面0～1D。(在調(diào)節(jié)閥后安裝時需要3D的直管)
4、具有極高的測量靈敏度(分辨率)，負(fù)壓端2.5毫米水柱約25Pa)的壓力(水柱高度還不到普通玻璃板的厚度),就可以檢測到。因而除了測量大流量外可測量極小的流量，如煙道氣等(孔板25毫米水柱的壓力就能難檢測到了)。
5、塔造體被設(shè)計成吹掃型結(jié)構(gòu)，因而具有自清潔功能，因此不會堆積截留流體中挾帶的任何臟污物、凝固體、固體、氣中液等。非常適合測量臟污的流體。
6、流體流過具有特殊形狀結(jié)構(gòu)的塔體時，會在其節(jié)流邊緣處形成邊界層效應(yīng)，因此極大地減少了它被磨損的可能性，也可以說是不磨損型的節(jié)流件。因此V錐流量計投用后，除極特殊條件外，它的節(jié)流邊是不會被磨損得，也可以說是免拆卸標(biāo)定的。
7、壓力損失小于孔板。
8、無可動部件，不含任何電器件，是一個純機械體，因此具有不怕震動、耐高溫、高壓、防腐特點等?？梢赃@樣說：它不失傳統(tǒng)差壓式儀表的結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠之特點，又具有傳統(tǒng)差壓式所不具備的各項優(yōu)越性能。
9、可測的流體非常廣泛，各種氣體、液體、蒸汽等都可有效測量，適用的管徑DN15～DN3000。從適用的介質(zhì)范圍和工藝管徑、工藝條件來講，目前還沒有一種流量計能與V型錐流量計相比。
二、
V錐流量計分析
(一)、高精度、高分辨率、較寬的量程比是如何實現(xiàn)的
1、 V錐流量計改善了速度分布 流體在管道中流動實際上是這樣一種狀態(tài)，當(dāng)流動已經(jīng)達到充分發(fā)展?fàn)顟B(tài)時，它的速度分布也是不均勻的，即越靠近管道中心流速越快，在中心達到最快。越靠近管壁流速越慢，在管壁處接近零。 大多數(shù)流量儀表在測量流量時涉及到流體流速時，都假設(shè)流體在管道中流動的流速是均等的，而不去考慮實際上流速有快慢的區(qū)別，這是受儀表的工作原理限制不得不這樣做，其結(jié)果只能以犧牲測量精度為代價(目前多通道超聲波就是試圖解決流速不均而開發(fā)出來的)。 這種流速不均的情況在V錐流量計上卻得到了很好的解決。由于塔形節(jié)流件安裝在管道中心，它直接把流體從高速流動的中心部位分開，使流速快的流體分別向四周流速慢的流體靠攏并拉動它們混合一起流動，這種快慢混合的結(jié)果就是：原本流速快慢的差別消失了，流體變成了真正的均勻流動。
2、V錐流量計有極強的抗旋渦流能力 大家都知道流體流動遇到阻擋物時會產(chǎn)生“旋渦流”，這就是著名的“卡曼旋渦”現(xiàn)象，渦街流量計就是基于這個原理工作的。同樣道理象孔板、塔形體等節(jié)流件在管道中也是阻擋物，在其后部除了產(chǎn)生靜壓力差外必然也會產(chǎn)生旋渦流。然而這個旋渦流對于渦街來講是有用的信號，對于節(jié)流式差壓計來講卻是有害的干擾。這個干擾在節(jié)流件下游會產(chǎn)生“信號跳動”現(xiàn)象，它會嚴(yán)重干擾正常信號的測量。經(jīng)過大量的試驗和科學(xué)檢測證明：孔板等突然節(jié)流式節(jié)流件下游產(chǎn)生的是“高幅度低頻率跳動”，而塔形體下游產(chǎn)生的是“低幅度高頻率跳動”。 如果定量來分析：二者在某一工況流量下都應(yīng)該產(chǎn)生1kPa的壓差，孔板的高幅干擾波動可達0.5kP，而塔形僅有0.1kPa的低幅干擾波動?？装宓挠行盘栍?0％被干擾所淹沒，塔形僅淹沒10％，這說明V錐流量計的信號噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于孔板，孔板在這種情況下是不能正常工作的，而塔形流卻可以照常工作。因此正如前所述V錐流量計非常適合低密度、低流速的氣體測量，并能保持較高的準(zhǔn)確度。 3、塔形體抗旋渦流的機理分析 從前面試驗數(shù)據(jù)得出的圖形對比上我們知道了V錐流量計對旋渦流的抑制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于孔板。由于孔板是基于中心突然收縮式節(jié)流工作原理，流體經(jīng)過中心孔后是向四周擴展，產(chǎn)生的干擾旋渦流方向均從中心指向四周管壁，它的測壓點恰好也在管壁上，因此干擾直接作用在測壓點上，對靜壓的測量會產(chǎn)生很大的影響。 塔形體是基于邊壁逐漸收縮式節(jié)流工作原理，流體流過邊壁與塔體四周間的環(huán)隙后都是由邊壁向中心擴展，產(chǎn)生的干擾旋渦流方向是從四周方向指向中心，因上下左右相反而互相抵消，雖然它的測壓點也在中心，但是能到達測壓點上干擾的力度經(jīng)相互自行抵消已經(jīng)變得很弱了，對靜壓的測量影響就變得很小了。 由于V錐流量計使流體的流速實現(xiàn)了真正的均勻流動而不是假設(shè)的；同時它對節(jié)流式差壓儀表所共有的旋渦干擾流有獨獨特的抵抗消除功能，從而使得它的測量準(zhǔn)確度和量程比都得到了很大提高。 孔板的測量精度一般是1.5～2.5％，量程比只有3:1～4:1，而V錐流量計測量精度可達0.5％，量程比10:1～15:1。因此它除了可測高速大流量的流體外，完全可以測量低流速、低壓力的微小流量。在實際生產(chǎn)中常常遇到低壓力和低流速流量的測量問題而難以解決。象煙道氣、低壓力、低流速的煤氣等，由于V錐流量計特有的均速作用和極強的抗干擾能力，都可以準(zhǔn)確的測量，而孔板等標(biāo)準(zhǔn)流裝置對于這樣的流量是無能為力的。
(二)、上游1～3D 下游0～1D (甚至可以不需要)
1、為什么只需這樣短的直管段 孔板等流量計所需直管段的困擾，從事儀表行業(yè)的人們都知道，孔板等傳統(tǒng)差壓式儀表在上游處必須要加上長長的直管段(約20D到50D)，目的就是為了使流體流動狀態(tài)成為充分發(fā)展管流，以復(fù)現(xiàn)實驗室條件下的流動狀態(tài)。然而這種苛刻的要求常常由于現(xiàn)場情況的復(fù)雜而不能滿足，所帶來的結(jié)果必然是精度降低誤差增大(通常這種誤差總是引不起人們的注意)。因此象孔板這類流量計不可能在不滿足直管段條件下獲得準(zhǔn)確測量值。特別是2003年3月國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布了新修訂的ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)，其中最主要的一條變化就是對孔板等節(jié)流裝置上游最小直管段提出了全新的和加長的要求。例如如果將一個β值＝0.6的孔板安裝在單個90。彎頭之后，按照舊標(biāo)準(zhǔn)前直管段最小18D，而新標(biāo)準(zhǔn)為42D。如果現(xiàn)場沒有那末長的位置，又不想降低測量精度，唯一的辦法就是加一個流動整流器。象這個例子需要在上游13D處加一個19管束的整流器才行。因直管段長度不符合要求而造成附加誤差的情況幾乎到處 可見。這種誤差的偏差方向需視具體情況分析，但量值的大小有資料可查約在±0.5～±5%甚至更大。
2、什么是充分發(fā)展的管流？ 流體在管道流動時，當(dāng)這種流動經(jīng)過管道內(nèi)各個截面，流動狀態(tài)不再發(fā)生變化，這種流動狀態(tài)就是充分發(fā)展的流動，通稱為“充分發(fā)展的管流”。 流體在管道中流動遇到任何阻當(dāng)物(彎頭、閥門、管道變徑、儀表的測量元件……等等)，流動狀態(tài)都會發(fā)生變化，變化的程度(偏流、二次流、旋渦流以及幅度)定性定量確定隨阻流件的具體情況而定，但是有一點是確定的，就是流動狀態(tài)不是充分發(fā)展的管流了。需要經(jīng)過很長很長的直管段后才能恢復(fù)到充分發(fā)展的流動。
3、對流體特有的整流的功能 孔板等傳統(tǒng)差壓儀表所需直管段太長，多年來一直是儀表人員最頭痛的問題。直管段太長這個困擾流量測量領(lǐng)域多年的問題，在塔形流量計上的到了很好的解決。 我們從塔體結(jié)構(gòu)上可以看到，流體遇到塔形體時(實際上未遇到塔體之前就已經(jīng)受到塔體的作用力了)被強迫壓縮至四周逐漸變窄的狹長通道，相當(dāng)流體被強行規(guī)范流動(偏流、二次流、旋渦流等各種畸變流因被強行規(guī)范而消除)，這不就是一個很形象的整流過程嗎。 V錐流量計對流體的整流功能是孔板等傳統(tǒng)流量儀表無法相比的，正是有了這個特殊的功能，所以它只需極短的直管段甚至不要直管段也能正常工作。 有了V錐流量計我們再也不用因找不到合適的安裝流量計位置而犯難了，也不用擔(dān)心因直管段問題而影響測量準(zhǔn)確度了。
(三)、為什么塔形體的節(jié)流邊不會磨損
1、孔板節(jié)流件尺寸變化對測量的影響 節(jié)流式差壓流量計的檢測部分是純機械結(jié)構(gòu)型儀表，因此它的測量精度是靠集合尺寸來保證的。以孔板為例其上游邊緣(通常稱為孔板前銳角)就是一個極為重要的幾何尺寸(它決定節(jié)流件的β值)，按照國標(biāo)規(guī)定該邊緣半徑不大于0.0004d(d:孔徑)才可以認(rèn)為是尖銳的，否則測量精度就很難保證。這個0.0004d要求具體是個什么概念，例如DN250管道使用d=135.36mm的一塊孔板，其邊緣半徑允許誤差0.054mm(還不到一根頭發(fā)絲的直徑)。這樣嚴(yán)格的尺寸要求，即使加工能做到，在實際使用中能始終保持不變嗎？回答是否定的。 孔板尖銳角易磨損是由它的結(jié)構(gòu)原理決定的(即先天不足)。實際上孔板從投入運行的第一天開始，其銳角就開始被磨損，只不過是這個過程人們不易發(fā)覺到。隨著銳角的一天天磨損導(dǎo)致流出系數(shù)一天天變大。在流體較臟流速較高的場合，這種變化往往是很驚人的。據(jù)有關(guān)資料介紹：有人做過專門調(diào)查，一個新制造的符合標(biāo)準(zhǔn)要求的孔板，在使用一年時間拆下來檢查發(fā)現(xiàn)原來尖銳的邊緣被磨鈍了；在標(biāo)準(zhǔn)中對平面度、表面粗糙度要求很高的前端面積結(jié)了許多贓物，經(jīng)過檢定，原來流出系數(shù)不確定度由±0.6％增大了百分之幾。另據(jù)國外專業(yè)雜志報導(dǎo)，在流體臟、流速高的現(xiàn)場條件下，發(fā)生流出系數(shù)增大百分之十幾的也不足為奇。 流出系數(shù)變大的后果就是流量顯示的偏低(實際的流出系數(shù)已經(jīng)變大，然而儀表仍然按照原來小的系數(shù)進行計算，必然造成顯示值偏低)。由此可見孔板流量計的準(zhǔn)確度是使用時間的函數(shù)，也就是說越用越不準(zhǔn)，如果把它用于貿(mào)易結(jié)算上，何談公平公正的原則。因此非常有必要用更先進的節(jié)流裝置來取代它。 塔體節(jié)流邊耐磨損的特性V錐流量計與孔板一樣同屬于節(jié)流式流量儀表，它的測量精度也是靠幾何尺寸來保證的。那末它是否與孔板有著共同的缺點呢？下面來分析一下。 塔形節(jié)流件決定測量精度的幾何尺寸(β值)也是節(jié)流邊緣，然而它的節(jié)流邊緣與孔板確有著本質(zhì)的不同。孔板的節(jié)流銳角在節(jié)流件前面直接迎著流體方向，塔形體的節(jié)流邊緣是處在節(jié)流件后面順著流體方向，而且是一個鈍角。當(dāng)流體進入塔形表體時，流體被迫按照由寬逐漸變窄的流線路徑高速流動，加之該路徑與管內(nèi)壁相互作用，一個二次形成的邊界層會沿著塔體周圍的區(qū)域被重新分布，該邊界層效應(yīng) (附面層效應(yīng))會使流體離開節(jié)流邊緣一個微小的距離，正是這個微小的距離保護了節(jié)流邊緣不會被磨損，即使高速臟污的流體也不會磨損節(jié)流邊緣。因此決定塔形體測量精度的β值就能長期保持不變，所以V錐流量計投用后不用再標(biāo)定也能長期穩(wěn)定工作。
(四)、塔體的自清潔功能測量孔不易堵塞
1、自清潔功能節(jié)流件不積污 如前面所述，流體在管道中流動靠近管壁處的流速會變慢，這樣就會使一些臟污物或顆粒沉積在管壁上，或者如果遇到象孔板這樣的節(jié)流件，便會在其前方沉積，并堵塞取壓孔，嚴(yán)重影響測量精度。 流體在流過塔形體兩側(cè)時，由于它能迫使管壁與塔體間通道的流速加快從而形成了對管壁處和塔體表面的沖刷作用，所以根本不會產(chǎn)生臟污的積垢。再加上塔體近似流線的形狀，更不存在孔板那樣的積垢死角。V錐流量計這一獨特的吹掃式設(shè)計決定了它具有自潔功能，因此它可以用來測量臟污流體、濕流體而不會被堵塞(象焦油煤氣等)。 另外當(dāng)流體流過塔形體時，由于流體流經(jīng)支撐管時，在其前部會產(chǎn)生一個高壓分布區(qū)(根據(jù)伯努利定律原理：在支撐管前部的流體速度變慢甚至為零，該處的壓力會高于其周邊處)它造成該分布區(qū)的壓力稍高于其周圍區(qū)，因而阻止了顆粒等進入該區(qū)，從而不會堵塞正壓取壓孔。(負(fù)壓孔在塔體后部開孔很大不會堵塞)。
2、德克森儀表特有的防堵技術(shù) 前面介紹的V錐流量計原有的自潔功能(防堵)，但是當(dāng)被測流體太臟或含有大量雜質(zhì)顆粒時，McCRMETER公司常規(guī)的V-CONE的防堵功能將失去應(yīng)有的作用。為此我公司成功研制設(shè)計了一種專用于高爐煤氣等帶有大量顆粒、粉塵介質(zhì)、焦油的塔形流量計傳感器，具有極強的防堵性能，該產(chǎn)品目前在國內(nèi)是唯一的，該產(chǎn)品隨時能滿足用戶的實際需要。 (五)、在節(jié)流件計算上比孔板準(zhǔn)確 1、節(jié)流件計算“不準(zhǔn)”帶來的附加誤差 這個題目聽起來好像有點不可思議，因為現(xiàn)在的節(jié)流件設(shè)計都采用計算機軟件來計算，怎么會不準(zhǔn)之說？其實這個問題在我們每個人身邊都可能發(fā)生過，只是沒引起我們的注意而已。下面以計算孔板為例來說明這個問題。 在孔板計算中用戶必須把管道直徑“D”參數(shù)提供給設(shè)計部門或生產(chǎn)廠家，D參數(shù)是設(shè)計孔板的一個重要數(shù)據(jù)，因此標(biāo)準(zhǔn)中對它有嚴(yán)格的規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)要求“在節(jié)流件前(0～0.5)D長度上，至少測量3個截面取出12個直徑測量值，然后取其平均值作為設(shè)計值”來計算孔板，然而這個規(guī)定在實際中很難做到(除非連同直管段一道購買加工)。大多數(shù)情況都是在原有的工藝管道上后加流量計，不可能為了測量D值而停車割開管道，大多數(shù)習(xí)慣上都是以公稱值報給設(shè)計部門或生產(chǎn)廠家。我們知道管道的尺寸通常是以公稱值來標(biāo)注，而鋼管產(chǎn)品是按外徑和壁厚系列組織生產(chǎn)的。如219的鋼管標(biāo)稱為DN200，但壁厚從幾個毫米到十幾毫米不等，直徑相差最大達10mm,以這樣不準(zhǔn)確D值計算節(jié)流件，其結(jié)果就是“假值真算”，再高級的計算軟件算出來孔板也不會太準(zhǔn)確。 例如DN200系列的管道，以D=200計算(Fmax＝20t/h ΔP=40kPa d20=121.99mm) 若實際的D=206，40kPa時Fmax=19.82t/h 儀表將偏高0.9%; 若實際的D=195， 40kPa時Fmax=20.178t/h 儀表將偏低0.89% 計算的D與實際值相差越大帶來的誤差就越大，這即怪不得計算，也不能說用戶提供的不準(zhǔn)，實際上用孔板測量流量這是很難避免的問題。殼體是精密測量管精密測量管式塔形流量計如下圖。它是把要求嚴(yán)格的測量管和連接法蘭整體焊接在一起的一個組件，雖然D值的要求也很嚴(yán)格，但是這個工作是由儀表制造廠家來做的。測量管是在制造廠進行準(zhǔn)確測量或者進行機械加工來達到所要求數(shù)值，根本不需要用戶再為管道的D值是否精確而為難。(但是用戶要把管道的壁厚系列提供給儀表廠以便選配同系列的測量管)，由于塔形流量計能把管徑D值控制的十分精確，從而完全避免了象孔板等因D值難于控制而帶來的誤差。 (六)、壓力損失小于孔板 V錐流量計的結(jié)構(gòu)特點是流線型節(jié)流件，采用“逐漸節(jié)流方式”工作，完全不同于孔板等傳統(tǒng)差壓式儀表“突然節(jié)流”的工作方式，所以它的壓力損失小。因此非常適應(yīng)那些“大流量低壓力”流體流量的測量。 (七)、生產(chǎn)制造、標(biāo)定(檢定)的依據(jù) V錐流量計在生產(chǎn)制造上，參照執(zhí)行國標(biāo)GB/T2624 -1993 “流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量”和Q/BFL003-2004企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 在實流標(biāo)定中，完全執(zhí)行JJG640-1994“差壓式流量計檢定規(guī)程”。 三、V錐流量計的技術(shù)指標(biāo) 準(zhǔn)確度：±0.5％ 重復(fù)性：±0.1％ 量程比：10：1 ～ 15：1 (～20：1) 所需直管段：上游1～3D ,下游0～1D 雷諾數(shù)：8(5)ⅹ103～1ⅹ107 管道通徑：DN15～DN2000 (DN3000) 公稱壓力：0～20MPa 介質(zhì)溫度：550℃ (可以更高) 四、V錐流量計的應(yīng)用范圍 1、氣體 煤氣(焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣) 天然氣，包括含濕量5%以上的天然氣 各種碳?xì)浠衔餁怏w，包括含濕的HC氣體 各種稀有氣體，如氫、氦、氬、氧、氮等 濕的氯化物氣體 空氣，包括含水，含其它塵埃的空氣 煙道氣 2、蒸汽 飽和蒸氣 過熱蒸汽 3、液體 油類，包括原油(在一定的粘度下)、燃料油、含水乳化油等 水，包括凈水、污水 各種水溶液，包括鹽、堿水溶液 含蠟、含有水 含油、含沙的水 甲苯 甲醇、乙二醇等 4、特殊流體 油＋HC氣＋沙 加氣的水，如H2＋N2＋空氣；H2O＋CO2等