0 引言

    在石油、化工、冶金、輕工、水處理等工業控制領域，新型自動控制技術得到日益廣泛的應用。威力巴流量計作為美國Veris公司推出的全新均速流量探頭，通過傳感器在流體中所產生的差壓進行不同管徑的氣體、液體和蒸汽的高精度流量測量。其突出優點是能輸出一個非常穩定、無脈動的差壓信號，準確反映流體真實的流速。威力巴的應用有效地解決了傳統節流裝置檢測水平較差、制約高精度二次儀表發揮效能的技術瓶頸，使得流量測量系統的測量精度、重復性和可靠性達到一個嶄新的高度，因而在工業自動化生產中發揮著越來越重要的作用。但是新設備的應用往往會產生諸多新的問題，特別是安裝、使用、維護人員技術水平的差異，出現的問題也越來越多。如果問題不能迅速解決，就無法發揮高精度測量系統的作用，一定程度上影響了生產的正常進行，甚至危及生產安全。針對工程應用問題現狀，如何保持威力巴長期高精度、高可靠性運行是值得分析和探討的。

    1 測量系統組成及工作原理

    威力巴測量系統主要由威力巴、導壓管、變送器、電器線路及計算機（或其他二次儀表）組成，正確地安裝威力巴是保證精確測量的基礎，參數的確定是精確測量的核心。

    威力巴流量計采用了完全符合空氣動力學原理的工程結構設計，是一種在精度、功效及可靠性方面達到了當今較高程度的傳感元件。威力巴流量計測量原理如圖1所示，測量系統如圖2所示。

圖1 威力巴流量計工作示意圖

圖2 威力巴測量系統示意圖

    威力巴子彈頭截面形狀的探頭能產生精確的壓力分布，固定的流體分離點；位于探頭側后兩邊、流體分離點之前的低壓取壓孔可以生成穩定的差壓信號，并且有效防堵并可保持長期高精度。

    在其前部產生一個高壓分布區，高壓分布區的壓力略高于管道的靜壓。根據伯努利方程，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產生一個低壓分布區，低壓分布區的壓力略低于管道的靜壓。傳感器在高、低壓區有按一定規則排列的多對（一般為三對）取壓孔，分別測量流體的全壓力，包括平均速度壓力P1和靜壓力P2。將P1和P2分別引入差壓變送器，測量出差壓P=P1-P2，P反映流體平均速度的大小，以此可推算出流體的流量。多對取壓孔可有效保持威力巴在使用時的長期高精度。

    根據伯努利方程可知，流量計算公式為：

    式中，QV為所測介質的標準狀態下的體積流量；C'為流量系數；ΔP為差壓，kPa；P（fa）為工作狀態絕對壓力，kPa，P（fa）=Pf+當地平均大氣壓（P0）；T（fa）為工作狀態絕對溫度，K；Z（f）為工作狀態下煤氣的絕對壓力系數。

    流量系數C'的計算：

    式中，N為單位換算常數；K為威力巴的K系數；YV為氣體膨脹系數；D為管道內徑；T（ba）為標準狀態下絕對溫度：Z（b）為標準狀態下該氣體的絕對壓力系數；P（b）為標準狀態絕對壓力，kPa；Mr為氣體摩爾質量。

    由此，可以在知道測量量程及相關參數的情況下，計算出威力巴工作時產生的差壓，即相關變送器工作時需要的差壓參數：

    2 威力巴流量計安裝技術

    威力巴流量計是一種精密的測量儀表，對安裝的要求比較高，安裝錯誤及誤差會直接影響其測量結果，因此在安裝過程中要嚴格遵守各項規定，綜合考慮安裝的環境條件和工藝條件，確保安裝質量，保證儀表正常工作。每支威力巴流量計都是根據其在工藝系統中的使用工藝條件單獨加工生產的，它的規格型號是確定的，安裝時必須安裝到設計的工藝點，不可隨意安裝。它對工藝環境和使用環境有較高的要求，在安裝前要對威力巴進行檢查，對安裝環境進行檢查，確保安裝位置合理，使用條件優越，以便保證使用的可靠性和測量的準確性。

    在安裝前對威力巴進行檢查目的是：保證儀表的完整性和資料齊全。主要檢查技術協議和裝箱單，確認所到設備及附件的完整性；檢查銘牌上的規格型號和工位號，確認規格型號及位號與設計相符和，由于每支威力巴都是根據具體的工藝條件生產的，是不可代替和更換的，因此一定要嚴格確認規格型號和工位號；檢查傳感器表面有無損傷，有損傷的傳感器會給測量帶來誤差；檢查附件是否有損傷，附件上的損傷會影響安裝質量，同樣給測量帶來誤差；檢查說明書，計算書等資料是否齊全，因為差壓變送器的差壓值的確定必須根據計算書來確定，并且還要根據計算書來檢查威力巴的工作條件、工藝條件，計算書是必不可少的。

    對安裝環境檢查的目的是要保證確保安裝位置合理，使用條件優越。按照設計使用條件，對照威力巴的具體要求，核實操作及安裝環境是否在在威力巴要求的范圍內，如壓力、溫度、振動等。

    在對儀表和安裝環境檢查后，要確定儀表安裝的具體方式，不但要考慮儀表的型號，每臺威力巴具體測量的介質（被測介質），還要考慮管道的工藝條件。

    儀表的型號決定了安裝方式，型號有“-H-”的適用于水平管道，有“-V-”的適用于垂直和傾斜管道。

    被測介質的種類決定了威力巴在水平管道上安裝的方向，如圖3所示。測量蒸汽流量時，要保證安裝在管道下方160°范圍內。

圖3 威力巴在水平、垂直管道上的安裝位置

    安裝時還要考慮安裝位置的工藝條件，如前后管道彎頭和管件的位置，不同管件的影響是不一樣的，因而安裝要求也不一樣。具體要求如表1所示。    

    3 變送器和導壓管的安裝要求

    威力巴流量計是和差壓變送器組合在一起組成流量檢測系統的，該系統的流量檢測的準確性和系統的每一個組成部分都有直接的關系，因此對變送器及導壓管的安裝也有較高的要求。

    變送器的安裝要求須按照有關規定嚴格執行，確保變送器的安裝質量。一般要考慮選擇適合變送器正常工作的場合，如合適的溫度、濕度、光照、通風干燥、振動沖擊情況及磁場干擾。在露天安裝時，應考慮加裝儀表保護箱，避免強光直射和雨淋。考慮溫度對變送器的影響，盡量把變送器安裝在溫度梯度和溫度波動小的地方。考慮到變送器需要維護，安裝位置要選擇在便于維護的場合。

    導壓管的安裝要防止渣滓在導壓管內沉積，根據所測介質種類注意安排導壓管的傾斜方向和角度；必要的情況下可加裝反吹系統，便于隨時吹掃。為了減小導壓管對壓力的影響，盡可能縮短導壓管的長度，但是也要考慮變送器的工作情況，比如測量高溫介質時，要考慮介質溫度問題，保證介質到達變送器時溫度降到合適的水平，不影響變送器的正常工作。為了保證對變送器的影響減少到最小，差壓變送器兩根導壓管內的液柱壓頭應保持平衡。為了保證導壓管內介質壓力的穩定，導壓管安裝也要考慮溫度梯度、溫度波動、沖擊和振動的影響。根據不同的測量介質及安裝位置，如變送器是高于威力巴還是低于威力巴，選取不同的傾斜方向和坡度。當測量液體、蒸汽時，導壓管斜度應不小于1/12，向上連接到工藝管道；對于氣體測量，導壓管斜度應不小于1/12，向下連接到流程工藝管道。為保證測量管的潔凈，沒有雜物堵塞，在威力巴、變送器及導壓管安裝完畢后要按照規范要求，嚴格吹掃試壓，吹掃的目的是為保證測量管的潔凈，沒有雜物堵塞威力巴、導壓管及變送器而引起測量誤差；試壓的目的是保證威力巴、導壓管、變送器各部位沒有泄漏而引起測量誤差。    

    在衡陽煉鐵工程高爐項目的熱風爐儀表施工中，安裝測量煤氣和助燃空氣流量的威力巴時，原設計變送器位置和威力巴位置較遠。為了保證測量的精度，把變送器安裝位置改到威力巴旁，又考慮到所測量的介質溫度在300）左右，如果導壓管太短，介質到達變送器時還有較高的溫度，將影響變送器的正常工作。根據導壓管內氣體溫度降低的性能，如果保證其長度在3m左右，介質到達變送器時其溫度可降低到正常情況。綜合考慮威力巴的位置、導壓管的彎曲和坡度情況，確定變送器的安裝位置，最后計算使其導壓管的長度在3m左右。這樣就使導壓管內壓力損失及介質溫度對變送器的影響達到一個相對理想的狀態，有效地保證了測量的精度。

    4 威力巴流量計調試技術

    在安裝吹掃工作完成后，連接變送器和計算機系統的連線，威力巴流量測量系統的安裝基本完成，儀表線路通暢，接線正確，供電正常，線路及線路中二次儀表工作正常且精度符合要求；確認變送器的量程設置與計算機設置一致且符合設計要求的情況下，可以進行測量系統的調試工作。

    調試過程和其他變送器的調試基本相同，如和計算機調試員商定開方運算是在變送器內做還是在計算機內做，不能重復做，也不能不做；由于開方運算時小信號對流量的影響很大，必要時要進行小信號的切除，具體切除量及采用線性切除還是零切除，需要根據調試情況確定。

    威力巴測量系統的調試核心是差壓值ΔP的設定，在工藝參數確定的情況下，差壓值的確定是由原理公式的導出公式計算出來的。

    在調試過程中，各個參數的變化對差壓值都有一定的影響。公式中的一些參數一旦確定則很難改變，如N，K，YV和D，它們在使用中對差壓的影響是有限的。但是有些參數是可以改變的，如Tfa，Pb和Mr。利用威力巴進行流體流量測量，其差壓計算所需參數必須是工藝實際生產狀況下可靠的參數，否則參數不正確，計算出來的差壓必定不真實，那么據此選用的再先進的測量設備也無法準確、可靠地測量。如果參數改變，必須根據具體的、真實的參數來重新計算，確保測量的真實性和可靠性。

    在衡陽鋼管廠煉鐵項目高爐工程的熱風爐儀表施工中，燃氣管道流量調試中就遇到了這樣的問題，烘爐階段使用的是低壓常溫天然氣；在生產階段使用的是溫度較高，成分復雜的天然氣和高爐煤氣的混合氣體。這樣氣體溫度參數T（ba），氣體的摩爾質量參數Mr對差壓的影響就表現出來，導致測量的不準確。為了解決這一問題，在烘爐階段對天然氣的成分進行取樣分析，測量其壓力、溫度、使用量（即流量值），在此基礎上計算差壓值，同時測量系統的其他設定值進行調整。這樣保證了烘爐階段測量的準確。在正常生產階段，調整各項參數到原設計狀態，保證生產時測量的準確，從而有效地解決了問題，滿足了不同使用條件下的準確測量。

    5 結束語

    威力巴是一種精密儀表，其流量測量系統是一個整體系統，為了充分發揮測量系統的高精度性能，更好地在生產中發揮作用，要從安裝，試壓，調試各個環節嚴格要求，以高質量的安裝水平保證高效能的測量效果，使之更好地為生產服務。

    參考文獻：

    [1]劉安.威力巴流量計的原理及效果評價[N].科技咨詢導報，20070326.
    [2]中華人民共和國建筑部.自動化儀表工程施工及驗收規范[M].北京：中國計劃出版社，2003.