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(shù)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(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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(shù)；
      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(shù)；
      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(shù)、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(shù)關系，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?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，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(jīng)大量實流標定驗證，與二次儀表配合使用，可實現(xiàn)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(qū)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(jù)實測的溫度值和彎管傳感器實際材質的線膨脹系數(shù)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(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：
      q_m―― 為質量流量（kg/h）；
      D_t ―― 為經(jīng)溫度修正后的管道內徑（m）；
       α ――  綜合流量系數(shù)；
     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(jīng)開方運算反映出流量值，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(huán)_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(yōu)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(guī)程
      [2] JJG164-2000液體流量標準裝置檢定規(guī)程