測(cè)水流量計(jì)的測(cè)量介質(zhì)的流體特性

前篇我們介紹了流量計(jì)在選型過(guò)程中需要關(guān)注一*一個(gè)方面，也就是流量計(jì)的性能要求，本文介紹的是流量計(jì)與流體特性的關(guān)系，流體介質(zhì)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(cè)量中由于各種流量計(jì)總會(huì)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(huì)影響流量計(jì)的選型。因此，所選擇的測(cè)量方法和流量計(jì)不僅要適應(yīng)被測(cè)流體的性質(zhì)，還要考慮測(cè)量過(guò)程中流體物性某一參量變化對(duì)另一參量的影響。比如，溫度變化對(duì)液體粘度的影響。
流體物性方面常見(jiàn)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(cè)中查到，評(píng)估使用條件下流體各參量和選擇流量計(jì)的適應(yīng)性。但也會(huì)有些物性是無(wú)法查到。比如腐蝕性、結(jié)垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。
（1）流體的溫度和壓力
仔細(xì)的分析流量計(jì)內(nèi)流體的工作壓力和溫度，尤其是測(cè)量氣體時(shí)溫度壓力變化造成過(guò)大的密度變化，可能要改變所選擇的測(cè)量方法。比如，溫度和壓力影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度等性能時(shí)，要作溫度或壓力修正。另外，流量計(jì)外殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和材質(zhì)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(dāng)溫度和壓力變動(dòng)很大時(shí)更應(yīng)仔細(xì)選擇。
還應(yīng)注意在測(cè)量氣體時(shí)要確認(rèn)其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度和壓力。
（2）流體的密度
對(duì)于液體，在大部分應(yīng)用場(chǎng)合下其密度相對(duì)恒定，除非溫度變化很大而引起較大變化，一般可不進(jìn)行密度修正。在氣體應(yīng)用場(chǎng)合，流量計(jì)的范圍度和線性度，取決于氣體密度,，一般要知道在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值，以便選用。也有將流動(dòng)狀態(tài)的值換算到某些公認(rèn)的參比值，這種方法在石油儲(chǔ)運(yùn)方面應(yīng)用普遍。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法，特別是利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測(cè)傳感器的儀表（比如渦輪流量計(jì)）會(huì)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(huì)因溫度和壓力變化而有顯著變化。因?yàn)橐后w的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下，水的動(dòng)力粘度為 Pa·s，而空氣的動(dòng)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(duì)各類流量計(jì)的影響程度不一樣，比如，對(duì)于測(cè)水流量計(jì)、超聲流量計(jì)和科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)的流量值是在很寬粘度范圍內(nèi)，可以認(rèn)為不受液體粘度的影響；容積式流量計(jì)的誤差特性和粘度有關(guān)，可能會(huì)略受影響；而浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)，當(dāng)粘度超過(guò)某值時(shí)則影響較大以致不能使用。
有些流量計(jì)的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進(jìn)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(duì)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(gè)參數(shù)，大多數(shù)流量測(cè)量方法和流量計(jì)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(cè)量方法和流量計(jì)，如果應(yīng)用于非牛頓流體時(shí)將給測(cè)量帶來(lái)影響。所以，牛頓流體是流體流量測(cè)量正常使用的重要條件。
粘度對(duì)不同類型的流量計(jì)范圍度的影響趨勢(shì)各異，一般容積式流量計(jì)粘度增加，范圍度擴(kuò)大。而渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)則相反，粘度增加，范圍度縮小。因此，在評(píng)估流量計(jì)的適應(yīng)性時(shí)，應(yīng)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(zhì)的液體，它們的流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，不易判斷其屬性，當(dāng)選擇流量計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎。
（4）化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
①化學(xué)腐蝕問(wèn)題
流體的化學(xué)腐蝕問(wèn)題有時(shí)會(huì)成為我們選擇測(cè)量方法和使用流量計(jì)的決定因素。比如，某些流體會(huì)使流量計(jì)接觸零件腐蝕，表面結(jié)垢或積淀析出晶體，金屬零件表面產(chǎn)生電解化學(xué)作用，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)降低流量計(jì)的性能和使用壽命。因此，為了解決化學(xué)腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題，制造廠采取了許多方法，如選用抗腐蝕材料或在流量計(jì)的結(jié)構(gòu)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(jì)內(nèi)襯耐腐蝕的工程塑料。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的流量計(jì)，如容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)等就無(wú)法對(duì)具有腐蝕性流體進(jìn)行測(cè)量了。有一些流量計(jì)是從原理結(jié)構(gòu)上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計(jì)的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測(cè)流體接觸，本質(zhì)上就是防腐蝕的。測(cè)水流量計(jì)只有測(cè)量管襯里和一對(duì)形狀簡(jiǎn)單的電*與液體接觸，近年有些設(shè)計(jì)將電*也不與液體接觸，也是一種防腐蝕的措施。
 ② 結(jié)垢
由于流量計(jì)腔體和流量傳感器上結(jié)垢或析出結(jié)晶會(huì)減少流量計(jì)內(nèi)活動(dòng)部件的間隙，降低流量計(jì)內(nèi)敏感元件的靈敏度或測(cè)量性能。比如在超聲流量計(jì)應(yīng)用上結(jié)垢層會(huì)阻礙超聲波發(fā)射。在測(cè)水流量計(jì)應(yīng)用上不導(dǎo)電結(jié)垢層絕緣了電*表面，會(huì)使流量計(jì)無(wú)法工作。所以有些流量計(jì)常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結(jié)晶或加裝裝置除垢器。
化學(xué)腐蝕和結(jié)垢的結(jié)果是改變?cè)囼?yàn)管道內(nèi)壁粗糙度，而粗糙度會(huì)影響流體的流速分布，因此，建議使用者應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題，比如多年使用的管道應(yīng)進(jìn)行清洗和除垢工作。
腐蝕和結(jié)垢影響流量測(cè)量值的變化會(huì)因流量計(jì)的類型而不同。下面以超聲流量計(jì)和測(cè)水流量計(jì)為例來(lái)說(shuō)明由于管道結(jié)垢影響的結(jié)果，比如，內(nèi)徑為50mm的管道，內(nèi)壁結(jié)垢或沉積0.1～0.2mm，會(huì)使測(cè)量管道面積縮小0.4%～0.6%，所產(chǎn)生的誤差對(duì)于0.5～1.0級(jí)的流量計(jì)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(zhì)量的氣體，在相同溫度、壓力下，其實(shí)際比體積與“理想比體積”之比。一般地說(shuō)，對(duì)于理想氣體z=0；實(shí)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(shí)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(cè)量一定要通過(guò)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(guò)溫度、壓力和壓縮系數(shù)計(jì)算密度。如果流體為多組分（比如對(duì)天然氣的計(jì)量）并工作在接近（或在）超臨界區(qū)，就需要配備在線密度計(jì)在線對(duì)密度進(jìn)行測(cè)量。