節能儀表——均速管流量計

均速管流量計（國外稱Annubar、Torbar、Probar、verabar、itabar……等），問世已三十余年，名稱不同，截面各異，但都是基于皮托管測速原理，以測管道中直線上幾點流速來推算流量的一種插入式流量儀表。它具有結構簡單，價格低廉，裝、拆方便，壓損小等特點。從耗材少、運行費用低二方面來看都是一種節能儀表，在當前大力倡導建設節約型經濟情況下，是一種值得推薦的流量儀表。

一、基本原理（圖一）

流量Q是單位時間s通過管道中某一截面A的流體體積m3（或質量kg），即Q= m3/s=m2·m/s=A·V

因此，流量也可變換為管道截面A與流速V的乘積。但工業管道中的流速通常不是常數，只有將截面劃分為許多單元面積Ai，乘以通過Ai的流速Vi，即流量Q=，但這種方法過于繁瑣。幸好無論管道中流速分布多么復雜，在較長的直管段（一般應為30倍直徑）后，在流體的粘性作用下，管內的流速分布將呈現對稱于圓心的充分發展紊流。在這種情況，只需測直徑方向上幾點的流速，就可以準確地推算流量值。

采用皮托管測速原理，通過測流體的總靜壓，運用柏努利方程就可測量流體的流速值。均速管沿管道直徑方向插入管道，迎流向有數對總壓孔，由于流速不等，所測總壓也不相等，在高壓腔內平均后，通過高壓閥接入變送器高壓端；背流向一側有數對背壓孔，所測背壓（如處于位流各背壓值應基本相等）在低壓腔平均后，通過低壓閥接至變速器低壓端，如忽略一些影響不大的因素，均速管的流量計算公式可表示為式①中：Q為流量（m3/h）；C為系數取決于各參數的單位；

D為管道內徑（m）；ΔP平均后的高低壓之差（Pa）;

ζ流體密度（kg/m3）。

二、主要特點

1、結構簡單、重量輕巧，總共僅10多個零件。

2、適應范圍寬闊?？蛇m用于多種流體（氣、液、蒸汽）；口徑自25毫米至9米，壓力上限可達40mPa；溫度上限1000℃。

3、節能顯著。不可恢復壓損僅為孔板的幾十分之一，年運行費用為孔板的1/40～1/50。

4、安裝簡便。僅需在管道上鉆一個約40毫米圓孔，焊上安裝座即可，不斷流型可在低壓情況下，不中斷流程進行裝、拆。

5、長期穩定性好。無可動部件。準確度不受粘污、腐蝕等的影響。在可保證直管段長度情況下可達±1%；在直管段長度達不到要求時，重復性也可達到0.2%，適用于工控系統。

6、準確度。在直管段長度無法滿足時，由于具有取樣性質，準確度難以高于±2%～3%，不宜作為計量儀表，特別是貿易核算情況。

7、防堵性。早期均速管，僅通過一細管取背壓，易于堵塞，要求流體潔凈度較高，新型均速管背壓采用多點，且空腔較大，可改善易堵塞情況。

三、目前常用的幾種均速管

均速管在上世紀60年代末期推向市場，最早檢測桿截面為圓形，后發現流體在雷諾數Re＜105時，在圓截面上分離點為78°；而Re＞106時，分離點將轉為130°，當Re處于105～106之間時，分離點不確定，因而使流量系數有近±10%的偏差。在70年代末期，國內外逐漸推出了分離點確定的菱形截面檢測桿（國外稱鉆石Diamond）以取代圓截面。目前常用的有以下幾種：

1、菱形—Ⅰ型（圖2a），由美國DSI公司1978年推出。由于均速管一般使用在位流中，即管道橫截面上沒有橫向流動，背壓應相等，可僅取一點背壓，用一根內徑約3毫米的細管引至變送器，但現場流體大多不夠潔凈，常有堵塞故障發生。目前國內仍有廠家生產，國外早已棄而不用。

2、托巴管（圖2b），由英國托巴（TFL）流量計公司1985年推出。在圓形檢測桿上銑一個六角形，迫使流體在六角處分離。它與菱形—Ⅰ型沒有本質的區別。至于說到其內部有“獨特”的二次平均結構，就是菱形—Ⅰ型早期采用過的總壓引出管，實踐證明，不僅沒有什么優異的性能，反而增大易于堵塞的弊病，這種結構早被國內外生產廠商所淘汰。國內某廠也推一種托巴管，其實就是在每個總壓檢測孔上焊一個彈頭，檢測桿仍為圓形。它既沒有彈頭型控制附面層的優點；又保留了圓截面分離點不確定的缺點。匠心何在？難以理解！

3、菱型—Ⅱ型

總壓、背壓檢測孔均采用2～4對，在高、低壓腔中平均后，分別引至差壓變送器高低壓端。美國DSI公司1984年推出的Probar均速管（圖2c-1），它由三個型材（一個菱形、二個三角形）組合成檢測桿。而德國intra-automation公司于上世紀90年代推出了一體化結構（圖2C—2），稱為Itabar均速管，檢測桿內用隔板分為高低二個壓力腔，強度好且不易泄漏，如采用高強度耐熱鋼，耐壓可達40mPa，耐溫可達1000℃。Probar及Itabar的檢測桿都采取了復合結構，可將溫度變送器插入檢測桿組成一體化智能質量流量計。

4、彈頭型（圖2D）

1992年由美國Veris公司推出，稱為Verabar（威力巴）。

Verabar在其彈頭前端表面做了粗糙處理（x/Ks≈200），認為這樣處理后可保證形成紊流附面層，提高測量準確度。附面層由層流轉變為紊流雖會影響準確度，但這種影響相對其他因素來說是微不足道的，而彈頭形及靜壓點的位置，卻使其輸出差壓相對其他類型均速管偏低不少，影響了它在低密度、低流速情況下的選用。

5、T型（圖2E）

2001年由美國DSI公司推出T型結構正對流向，有二排密集的總壓檢測孔（直徑約2mm）或取壓槽，背流向一測采用了二排背壓孔。認為這樣的設計可獲得“更多”的速度分布，有利于提高準確度。其實總壓孔即或是密集到變成了槽口，也只能測管道中某一直徑方向的流速。而在直管道不夠長，直徑方向上的流速分布不足以反映整個截面時，這種設計毫無意義。用槽口代替總壓孔，在幾十年前就出現過，并未推行說明沒有實用價值。其次，采用較小的總壓孔（或槽）卻易于堵塞，事實上并非如廠商所說T形檢測桿正前方形成了高壓區，粉塵不易進入。如真是這樣，汽車擋風玻璃板上還有必要用雨刷嗎？

四、定位——適用于檢測、監控系統

均速管優點不少，如節能、結構簡單、安裝方便……，但正所謂“福兮禍所伏，禍兮福所倚”，這些優點也不可避免地會帶來一些不足之處，如準確度不夠高，易堵塞等。如前所述，均速管是一種插入式，具有取樣性質的儀表，在直管段不能達到要求時，無論采用什么形式的檢測桿都難以達到廠商所宣傳的±1%精確度，而重復性卻可優于0.5%。

20多年前，W·Rahmeyer等人已進行了驗證。他們將均速管安裝在阻力件（閥門、彎頭……）后2～12D，即在非充分發展紊流條件下進行了系統的試驗。試驗表明，在直管段小于4～5D時，流量系數的偏差可達到±8%以上，而重復性卻可優于1%。說明對于均速管這種取樣性質的儀表，直管段長度對其準確度的影響至關重要，而對重復性的影響卻微不足道！

在實際應用中，由于均速管特別適用于大管道，一般情況都難以保證足夠長的直管段，即無法具有較高的準確度，均速管在流程工業中還有無立足之地？儀表一般有以下三種用途：

① 用于貿易、經濟核算的計量，準確度應放在首位。

② 用于工控系統作為信號源頭的檢測，重復性是主要的。

③ 用于監控工藝流程是否正常工作，可靠性是優先考慮的。

例如：對于一個鍋爐的燃燒系統，必需測空氣流量來調控燃料量，以保證最佳的空氣燃料比。這時如用均速管測空氣，只要它的輸出能反映空氣的變化，二者呈一一對應的單值函數關系，不隨意變化，即重復性好就可以了。至于空氣的絕對量，人們無需知道。其次，均速管也適用于監控工藝流程是否正常，如我國西氣東輸1米直徑的干線，并不涉及計量收費問題，所用的96支干線流量計，就采用了50支均速管（占52%）。

在大口徑的流量檢測、監控系統中，均速管以其顯著的節能效果，優異的性價比，常作為首選儀表。

五、小結——揚長避短，各取所需

流量儀表由于影響因素較多，相應的品種也十分多，當前還沒有一種流量儀表可取代其他儀表而一統天下，對于每一種儀表來說都只能揚長避短，在己之長的領域中發揮作用。業界專家最近指出，由于準確度不夠，均速管不宜作為計量、貿易結算的儀表，并建議：①將國內外均速管檢測件選用一種作為標準形式；②建立流量系數數據庫；③對現場安裝條件進行試驗研究。這些建議看來誘人，但實施卻有難度，它由誰組織？由誰埋單？

近年來，有些流量儀表發展很快，據“Flow·Research”報告分析，近五年超聲及哥氏流量計年銷售增長率分別為10.4%及 6.9%。這二種儀表準確度都可達到±0.5%以上，完全可以勝任計量、貿易結算。均速管的研究、生產廠商應克服“家有弊帚，享之千金”的心態，莫將這種插入式儀表一定要用于計量、貿易結算領域，能不斷總結應用中的問題，勇于創新，能在檢測、監控領域中充分用好均速管，就是很大的貢獻。