流体测量的5个关键因素——第一次就实现正确的流量测量

当运行依赖于监视生产率、控制或安全性的过程时，证明测量系统准确性的能力至关重要。图片来源：CFE

作者 | Brendan Robson

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正确理解、监控和控制流速是生产系统正常运行的基本要素。具有可追溯性和良好的测量规范，对于实现准确和可重复的流量测量至关重要。

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作为工业过程的一部分，正确理解、监控和控制流速是生产系统正常运行的基本要素。正确进行此类测量涉及很多因素，而对工厂和工人而言，错误测量的危害可能非常严重。

从根本上说，选择合适的测量技术，它的成本、准确性和能否正确使用都会影响结果。例如，最近对一家酒精装瓶厂进行的测量审核发现，取样和离线密度测量都会涉及到一些手动程序，以用于推断产品的酒精含量。

工厂运行人员可能不知道，用于测量流量的科里奥利仪表也能够测量密度。使用这些科里奥利仪表来同时测量流量和密度，可以立即在线监测酒精含量，迅速采取措施并加强产品控制。

不愿改变是整个行业发展的一大障碍。然而，这应该与对现有技术的理解相平衡，包括流量测量的重要性，以及根据要求在成本效益分析中对其进行评估。当运行依赖于测量系统来监视生产率、控制或安全性的过程时，证明测量系统准确性的能力至关重要。

这需要理解测量不确定度、校准和可追溯性，以及包含测量策略和维护计划的管理系统。这将使您对测量过程和结果充满信心。为了实现对贸易和商业至关重要的目标准确性，大多数国家都有专门的监管框架来支持国家计量基础设施，旨在促进和规范良好的计量实践。

计量的可追溯性（包括流量确定），在国家基础设施中起着至关重要的作用，因为没有它就无法获得准确的结果和对测量的信心。可追溯性是测量设备可合法使用的技术证明。

可追溯链

如果我们在可追溯性链上，向给定测量标准靠齐，测量的不确定性就会降低，测量结果会变得更加准确。但是，为了降低不确定性，是否有必要通过增加资本、维护成本和经验丰富的人员，在系统中投入更多资金，这是一个值得仔细考虑的问题，因为对于不同的应用程序，最精确的系统并不总是正确的解决方案。

由于与实现和保持低不确定性相关的成本损失，因此在系统设计和组件选择之前，需要考虑给定应用的需求。

尽管进行了维护和调节工作，但是在执行测量审核时，一个容易出现的问题是未按照要求安装或操作仪器，或者在某些情况下无法追溯到适当的标准。在正在使用的流量计中，运行人员没有设备校准时间记录，也没有系统维修计划的情况并不少见。

是什么限制企业未投资于如此强大的诊断和可追溯性工具？一个关键因素是所需的测量不确定度。如果我们考虑石油和天然气石化行业，则通常可以很好地确定需求。这些企业通常设有专门的计量部门，以支持对高价值烃基产品的流量进行测量，因为对于这些企业来说，即使很小的不确定性也可能导致在短时间内出现大量财务风险。

另一个关键因素是，由于计量产品的财务价值，这些行业的监管要比其它行业严格得多。相同程度的严格监管，通常不适用于其它工业环境中的流量测量。食品和饮料、电力或化学等行业的公司，可能很少进行完整的流量测量审计，而且仪器常常未得到充分利用。但是对于医学和制药领域的开发和应用，微小的差池也可能导致生死攸关的问题。

流体测量的5个关键因素

无论在哪个行业应用，进行流体测量都需要考虑以下5 个关键因素：

1. 您理解业务所需的度量系统的不确定性吗？并且可以证明吗？

2. 随着时间的推移，您的测量系统表现如何？

3. 您多久校准一次？

4. 您是否有任何过去的性能数据，可以用来改善性能或制定最佳校准期？

5. 这些要点在您的质量体系中可以得到认可吗？

具有可追溯性和良好的测量规范，对于实现准确和可重复的流量测量至关重要。但是，选择合适的解决方案，取决于理解给定应用所需的操作和测量不确定度。这需要对计量学及其应用过程有基本的理解。

考虑到现代流量测量技术的先进性和能力，此类系统不仅可以测量流量，而且还可提供强大的诊断能力和有价值的数据。这可以洞悉测量系统的效率和过程的有效性，从而为企业带来更多价值实现，包括改善监控和性能提升。

如何选择和安装过程传感器？

在选择过程传感器时，需要考虑几个常见因素，例如运行环境、安装选项和电缆连接等，从而减少由此所带来的额外成本和可能的工期延迟。

▎电容式接近传感器可以通过绝缘材料（例如木材或塑料）感测金属和非金属物体，一般用于测量液体或粉末的填充料位。图片来源：Automation Direct。

在选择过程传感器时，为避免实施过程中可能出现的安装和应用问题，需要考虑几个常见因素。这些因素包括预期用途、运行环境、安装选项、校准、启动和调试、运行和维护等。在设计过程中，应考虑上述所有因素，它们会对传感器以及与其连接或受控设备的最终形式和功能产生重大影响。全面评估这些因素，可以避免现场返工或更换传感器，从而减少由此所带来的额外成本和可能的工期延迟。

过程传感器的运行环境

过程传感器的运行环境千差万别。例如，在水处理应用中，环境通常是潮湿、肮脏、具有腐蚀性和危险的。工业环境的应用通常更严苛，可能还会有污染或损坏传感器的材料，例如金属灰尘和碎屑或纤维状飞沫。因此需要配置合适的、安全的外壳，以确保在恶劣环境中运行时不会对传感器造成损坏。

典型例子是安装在腐蚀性或危险环境中的装置。在腐蚀性环境中，传感器外壳的设计必须能够承受腐蚀性气体或液体的侵蚀；而在危险环境的应用中，要防止材料进入并损害传感器。传感器外壳通常使用NEMA 或入侵防护（IP）等级进行评估。NEMA 4X和NEMA 7-10分别适用于耐腐蚀和防爆外壳。

考虑环境因素时，建议在危险场所应尽可能使用本质安全型传感器和系统。本质安全型传感器使用低电流和低电压，来限制电弧和火花点燃易燃材料的能力。也可用以使用本质安全栅，将电流和电压限制在安全水平以内。

▎在敞口罐的过程监控中，传感器位置应允许对所需参数进行最佳监控。图片来源：E+H，CFE

传感器的安装选项

传感器的安装方式有很多，一般都会符合标准的接口方式与工艺。敞口罐的过程监控很简单，只需仔细选择传感器的位置，以对所需参数进行最佳监控。

不管所测量的是何种参数，传感器的安装方式应便于定期检查、维护和校准。非标准安装，或需要特殊工具和专有工具才能进行的安装经常容易被忽视，这会影响过程的测量和控制。

大多数传感器提供标准的附件，可以轻松地集成到过程管道、储罐或容器中。需要指出的是，要确保传感器的安装位置易于访问，这样运行人员可以进行定期维护，以避免不良数据造成过程混乱。

一个经常被忽视的问题是电缆的连接方式。在恶劣或危险环境中，封装的电缆应通过机械方式，或者通过用环氧树脂或填充剂之类的化合填充物，永久连接到传感器本体。这样可以防止灰尘或有害物质进入，以免损坏传感器或产生电弧和火花。

在诸如实验室等清洁环境中，也可以使用插头和插孔将电缆连接传感器。发生故障时，该方法可以轻松更换传感器。在前面所说的情况下，必须更换整个传感器和电缆组件，这就牵涉到大量电缆需要重新布线。

■ 正确进行流量测量会涉及很多因素，而错误地进行流量测量可能会导致严重的后果。

■ 可追溯的良好测量实践，需要对计量学及其应用过程有基本的理解。

■ 过程传感器的运营环境千差万别，需要慎重考虑。

■ 全面评估有助于工程师避免代价高昂的延误。

■ 贵公司对流量测量的良好实践和标准有多精通？

■ 选择过程传感器时，您最需要注意那些事项？

本文来自于控制工程中文版（CONTROL ENGINEERING China） 2020年08月刊《聚焦过程自动化栏目，原标题为：第一次就实现正确的流量测量

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