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，因對流體介質，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、粘度等參數影響，對流體介質種類、介質質量要求不高、傳感器對流體造成的壓力損失小、測量精度較高、便于維護以及低成本、低故障率等優點深受用戶好評，很快在石油油井地下注水、污水排放、蒸汽、熱水貿易計量等領域開始得到應用。

      彎管流量傳感器原理如下：

      當流體流經彎曲管道時，基于慣性原理的離心作用，在彎管的內、外兩側會引起壓力的變化，即外側壓力增大，內側壓力減小，經過人們大量的理論推導和實驗研究表明，在滿足一定條件下，流經管道的流體平均流速與這一內外側壓差有如下關系式：

式中：
      V ―― 流體平均流速（m/s）；
      α ―― 綜合流量系數；
      R ―― 彎管曲率半徑（m）；
      D ―― 彎管內徑（m）；
      P₁――彎管外側壓力（Pa）。
      P₂――彎管內側壓力（Pa）；
      β  ――指數；
      ρ ―― 流體介質的工況密度（k/m³）。

      由此可見，對于特定的管道尺寸參數、介質情況及工作條件，彎管內外側壓力差與其流過流量存在著確定的函數關系，通過測取這一壓力差，很容易實現流量測量。

      2 彎管傳感器

      經過大量理論推導和實驗，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徑中心線圓弧的曲率半徑R和彎管的內徑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用等弦幾何測量法精確測量彎徑比。如果測得值在控制值范圍內，則表明其幾何形狀的相似性，其相對標準不確定度可控制在0.5%以內。經大量實流標定驗證，與二次儀表配合使用，可實現1.0級準確度。

      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構大致相同，有所區別的是種積算儀專門與彎管流量傳感器配套使用，其內部流量計算公式專為彎管所設計，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算補償法進行流量測量的溫度壓力補償外，同時也采用實時運算補償法進行管徑的熱膨脹修正，具體修正值的大小是根據實測的溫度值和彎管傳感器實際材質的線膨脹系數運算求得的。這些補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，除質量流量演算方法有區別外，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：
      q_m―― 為質量流量（kg/h）；
      D_t ―― 為經溫度修正后的管道內徑（m）；
       α ――  綜合流量系數；
     R/D ―― 彎徑比；
    △P ―― 彎管中內外側壓差（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開方運算反映出流量值，密度參數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，進行流量的在線補償運算。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定。計算公式為：

      Q＝q_m（h_s－h_r）       （熱水）
      Q＝Q_mh_s                   （水蒸氣）
      Q  ――瞬時熱量（kJ）；
      q_m――質量流量（kg/h）；
      hs ――熱焓值（供水），hs＝f（P，t）（kJ/kg）；
      h^_r ―― 熱焓值（回水），hr＝f（p，t）（kJ/kg）。

      4 結束語

      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，優勢日趨明顯，且易在液體流量標準裝置上進行標定，確保其測量精度，值得推廣應用。

      參考文獻   

      [1] JJG640-1994差壓式流量計檢定規程
      [2] JJG164-2000液體流量標準裝置檢定規程