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摘要：检测仪表的合理选型正确使用不仅是工艺生产的需要，也是节能降耗的需要。本文仅对玻璃生产线常见的气体流量计的选型与应用进行一些探讨。
玻璃生产线(含全氧燃烧、富氧燃烧、特种玻璃、深加工玻璃线等)常有些气体介质的流量需要测量，如助燃风、调温风等冷却风、压缩空气、惰性气、氮气、氢气、氧气、天然气、液化气、蒸汽等。
以最常见的风流量计的选型应用为例，按时期先后大致如下：节流差压式流量计(标准节流孔板、文丘里管等)，涡街流量计，差压式流量计(均速管流量计)，热式质量流量计，节流差压式流量计(弯管流量计)，节流差压式流量计(多孔孔板平衡流量计)等。几种流量计各有优缺点，下面对它们进行一些分析探讨，以期合理选型正确使用。
1、标准节流差压式流量计
标准节流孔板及文丘里管等典型的节流差压式流量计，是传统最常见的流量计。基于流体连续性原理和流体力学能量守衡原理，遵从伯努利定律。
标准节流式流量计的基本公式为：

 

式中：α为流量系数；ε为流束膨胀系数；Ad为工作状态下节流件开孔面积；ρ为节流件上游侧取压处流体密度，标准节流件上、下游侧规定的取压孔位置上所测得的静压力之差。
以孔板流量计为例，推导得其应用公式为：

 

当孔板流量系数α、流束膨胀系数ε、管道与孔板材料热膨胀校正系数k、流体密度ρ及孔板节流孔径逝似视为常数C时，流体流量Q与孔板前、后的压力差△P的平方根成正比，公式简化为：Q=C△P孔板流量计优点是经典成熟，一次测量元件构造较简单，便于制造加工。缺点是压力损失大，差压信号较小，量程比小，一般为3:1，要求直管段长，需要占用较长的工艺管路，无法在线拆装检修，检测件和管路安装较麻烦，需另外配套差压变送器，大口径管路流量测量时，无论是性/价比还是安装方面考虑均不可取。
当流体实际工况(密度、成分、压力、温度等)较多地偏离设计计算参数时，将引入很大的测量误差；当孔板前、后的直管段长度不满足规定要求时也会导致较大的测量误差(为了保证标称的测量精度，近年的新标准对直管段长度有加长的趋势)，孔板加工精度、变形、节流孔入口边缘磨损变钝等也影响测量精度。此外，安装使用不当，也会附加测量误差。比如孔板中心与管道中心不同心，管道内表面不光洁，管道变形或内径偏离设计计算取值，上、下游取压管不一致(高度、阻力、受热等)，取压管路、接头、阀门泄漏或堵塞，配套差压变送器误差等。
标准孔板或文丘里管流量计在浮法玻璃生产线上有一些应用，但由于压力损大，不利于节能降耗，工艺管路又往往较难获得测量所需的足够长的直管段，不能在线拆装检修，加上要配套取压管路和差压变送器，安装相对较麻烦，压力、温度变动较大时若不采取自动补偿则误差很大，故后来采用得较少。对于大口径低压力风管流量测量更不宜采用。
从节能降耗的角度考虑，建议尽量少选用标准节流孔板等流量计，改选压力损失小的其它新型流量计。
2、涡街流量计
涡街流量计(旋涡流量计)属流体振动流量计，基于Karman卡门涡街效直原理。流体在非流线型阻挡物(旋涡发生体)后的两侧会产生两列交错排列的旋涡。旋涡分离的频率f与阻挡物侧面的流速V成正比，与阻挡物的迎流面宽度d成反比，遵从下列公式：

 

其中S为Strouhal斯特劳哈尔数，雷诺数在一定区段范围内是常数南压电元件测得频率厂，便可测得工况流速V，管道有效截面已知，进而可获得流体流量。
其测量是基于漩涡频率，因而不存在零点和量程的漂移问题：输出与工况流量成正比，不受流体密度、成分、压力、温度等影响，但若转换为标况流量，则也要进行压力、温度修正。已有一体化涡街质量流量计．
插人式涡街流量‘无须占用丁艺管段：安装简单，维护使用方便，无堵塞之虑。国内外在不少场合用涡街流量计取代传统孔板、涡轮等流量计。
涡街流量计量程比一般为10：1，优于孔板等差压式流量计，但不及热式流量计。其测量下限值取决于是否产生漩涡(流体黏度是主内因)和漩涡强度是否足够(流体密度是主内因)。

一般不适用于低流速流体，有时不得不将工艺管道缩管，以提高流速。双发生体的涡街流量计可以测量雷诺数较低的流体。涡街流量计要求的直管段长，不适合低流速测量，怕振动。在直管段足够长、流速足够大、无较大振动的场合可选用。直管段足够长时，最好采用平均流速点法，插入深L=0．121D，测量精度几乎不受雷诺数变化的影响；直管段较短时，一般采用中心最大流速点法，插入深L=0．5D。
在浮法玻璃生产线，影响其被选用的主要是现场没有测量所需的足够长的直管段，环境振动和测量下限值限制等因素：
3、均速管流量计
属差压式流量计，南单点测速的皮托管演变发展而来，基于流体力学能量守衡原理，遵从伯努利定律。流体的全压(总压力)等于其动压加静压，测得流体的平均全压与平均静压之差△P，就获得流体的平均动压值。流体的平均动压即平均差压△P与平均流速间的关系为：

 

式中：K为均速管流量系数；A为管道有效截面积。
均速管流量计导致的流体压力损失很小，其永久压力损失仅是标准孔板的5％以下，均速管结构简单，安装维护比较方便(但比涡街流量计和热式质量流量计要增加取压导压管和差压变送器)，大口径管路流量测量时优点突出。各公司标称的所需直管段差异很大，有的小到2D，大的却要20D；价格差异也很大，不含差压变送器，便宜的一两千元，贵的上万元。
均速管流量计第一代圆型截面产品缺点是互换性较差，值欠稳定，差压信号小，取压孔有堵塞之虑。针对缺点，近十几年出现了第二代(椭圆型、扇型、菱型即宝石钻石型、子弹型、机翼型等)和第三代产品(T型)。EMERSON旗下的罗斯蒙特推出的T型专利产品，具有本质抗堵性，信噪比大，值稳定，测量精度较高，对安装要求降低。
一些玻璃厂用户反映，均速管风流量计安装初期尚好，后期检测不正常。可能原因无外乎以下几点：
①均速管正/负检测孔堵塞；或均速管未固定安装好，正压检测孔未正对流体方向。
②取压导压管泄漏或堵塞(若泄漏不仅会直接影响测量，还由于有含尘流体缓慢流动，易导致均速管内积杂尘，易堵塞)。
③阀门(含三阀组)堵塞或泄漏。
④差压变送器异常。
排除以上故障后应可恢复正常工作，无须更换流量计。
需要提示的是，若直管段不够长，会引入测量误差。另外，若没有采用温、压自动补偿，而实际运行工艺参数(尤其是压力)偏离均速管选用设计值较大时，将引入较大的测量误差，在助燃风等普遍采用变频调速控制的情况下此问题较突出，建议应采用温、压自动补偿。
4、热式质量流量计
热式质量流量计基于热传递原理。传感元件是封装于不锈钢套管内的2个精密热电阻RTD(一般为铂电阻)，其一是流体介质温度传感元件，另一为加热兼传感元件，由它们组成惠斯登电桥的两个桥臂，控制加热传感器的加热功率，以使加热传感器和参比温度传感器间保持恒定温差△t=t-=常数。流体流过加热传感器所带走的热量和流体的流速与密度之积ρV的rn次方成正比，即与流体的质量流量的m次方成正比。流体的质量流量变化时，必须同时相应改变加热传感器的加热功率，才能保持△t不变，故测得加热功率就间接地测得流体的质量流量。检测元件总热损失E与质量流速ρV、质量流量阚的函数关系式如下：
 

式中：k为流体导热系数；A为被加热元件面积；B为传感器支撑件的自然对流、热辐射和热传导总的热传递常数(相对于介质的强制对流，传感器的自然对流、热辐射和热传导影响极小)；C为常数；d为传感器直径；μ为流体黏度；m为系数(一般m≥0．3)；T为元件表面温度；T为介质温度；为管道有效截面积。
热式工作原理的质量流量计几十年前就有，但获得推广应用是近十几年的事。遗憾的是目前国内售价仍太高，其实测量原理和制造工艺并不太复杂。相信随着制造商的增加和竞争的引入，其价格可望逐渐降至与涡街流量计相当。
热式质量流量计有许多优点：一体化结构，安装方便，直接测得质量流量，不受温、压等波动影响，量程比大，压力损小，直管段要求也比较低，能适应较恶劣环境，响应速度快(可达1s)等。尤其突出的是高量程比，一般100:1以上，甚至可达300:1，特别是在量程低端也有极高的灵敏度和精确度，这在工况参数事先不能确知的场合是很可贵的。缺点是目前价仍较高(进口产品约2万)，并且长期使用也会在传感元件处黏附粉尘杂质，影响测量，需及时清洁。对于天然气、液化气、氧、氢等非空气流体(氮气接近空气，误差较小)，应要求供应商按实气标定，否则误差较大。
热式质量流量计在浮法玻璃线上获得了广泛应用
5、多函数孔孔板平衡式流量计
标准节流孔板、文丘里管等传统节流差压式流量计永久压力损大(由于死区和大量涡流)，量程比小，要求直管段长，尤其不适合允许压力损小、直管段短和大口径管路的测量。
新型的A+K多函数孔圆盘式平衡流量计BFM(BalancedFlowMeter)，是美国航空航天局、马歇尔航空飞行中心深入研究、大量试验的成果，巧妙地将传统整流器和节流件一体化、创新化，虽然原理类同标准孔板等节流式差压流量计，同样遵从伯努利定律，但由于圆盘具有多个独特的函数孔，在节流同时还对流体进行整流和平衡调整，因此在减小直管段要求(最短0．5D)，减小永久压力损(是传统的1／3)，提高量程比(>10：1)、测量精度(优于0．5％)、稳定性(噪声是传统的1／15)、耐污堵等方面均有极大改善。还可测双向流、气液两相流、浆料甚至固体颗粒流，几乎适用于所有流体。缺点是由于专有技术、前期开发等因素，目前售价比较高，相信总趋势将逐渐向标准节流件价格靠拢；此外，虽然永久压力损比传统标准节流件小很多，但仍比热式、均速管等流量计压力损大，特别是用于低压流体时，其永久压力损往往高于总压力的10％以上；另外，与标准节流件一样，要配套取压管路和差压变送器，压力、温度变动较大时要采取自动补偿；大口径管路流量测量时，无论是性/价比还是安装方面考虑均无优势。
多孔平衡式流量计将逐渐取代原来传统的标准差压式节流装置，随着价格的逐渐下降和节能降耗事业的深入发展，其在流量测量领域将有较广阔的应用前景。
表1是美国A+流量技术公司(A+FlowTek)(合作商上海科洋科技发展有限公司)提供的A+K多孔平衡流量计与其它差压式流量计的对比(由于各制造厂及现场状况的差异，以下有些描述不尽准确，个别作了修改，仅供参考)。

 

 

6、玻璃行业常用气体流量计应用对比
在满足工艺生产需要的条件下，应尽量选用利于节能降耗的流量计。表2是对玻璃生产线常用的气体流量计所做的对比，以便正确合理选型应用。