流量計如何正確選型|流量計選型模糊決策方法
摘要：將合適的流量計用到適合的工況，是工程設(shè)計人員及用戶十分關(guān)心的問題。將模糊綜合評價引入流量計的選型，并以實際工況為例，通過建立多級模糊評價體系后對各流量計進行綜合評價，所得結(jié)果較為合理和可信。該方法可在流量計的選型過程中為設(shè)計人員提供決策依據(jù)。
（ＣＮＯＯＣ Ｓｈａｎｄｏｎｇ?。茫瑁澹恚椋悖幔臁。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。茫铮蹋簦洌?，Ｊｉｎａｎ，２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ?。螅酰椋簦幔猓欤濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颉。簦铩。颍椋纾瑁簟。鳎铮颍搿。悖铮睿洌椋簦椋铮睢。椋蟆。簦瑁濉。恚幔椋睢。椋螅螅酰濉。悖铮睿悖澹颍睿澹洹。猓澹睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。洌澹螅椋纾睢。螅簦幔妫妗。幔睿洹。酰螅澹颍螅裕瑁澹睢。簦瑁濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颍蟆。幔颍濉。悖铮睿洌酰悖簦澹洹。鳎椋簦琛。悖铮恚穑颍澹瑁澹睿螅椋觯澹澹觯幔欤酰幔簦椋铮睢。幔妫簦澹颉。悖铮睿螅簦颍酰悖簦椋睿纭。妫酰。澹觯幔欤酰幔簦椋铮睢。螅螅簦澹恚疲酰。悖铮恚穑颍澹瑁澹睿螅椋觯濉。澹觯幔欤酰幔簦椋铮睢。椋螅椋睿簦颍铮洌酰悖澹洹。椋睿簦铩。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颉。螅澹欤澹悖簦椋铮睢。鳎椋簦琛。幔悖簦酰幔臁。鳎铮颍耄椋睿纭。悖铮睿洌椋簦椋铮睢。幔蟆。澹幔恚穑欤澹裕瑁濉。幔悖瑁椋澹觯澹洌颍澹螅酰欤簦蟆。幔颍濉。颍澹幔螅铮睿幔猓欤濉。幔睿洹。悖颍澹洌椋猓欤澹裕瑁椋蟆。恚澹簦瑁铮洹。悖幔睢。穑颍铮觯椋洌濉。洌澹悖椋螅椋铮睢。猓幔螅椋恪。妫铮颉。椋睿螅簦颍酰恚澹睿簦澹睿纾椋睿澹澹颍蟆。簦铩。螅澹欤澹悖簟。螅酰椋簦幔猓欤濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颍耍澹。鳎铮颍洌螅海妫酰。悖铮恚穑颍澹瑁澹睿螅椋觯濉。澹觯幔欤酰幔簦椋铮?；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ?。穑颍澹螅螅酰颍濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹?；ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?。幔恚恚铮睿椋?/div>
流量計的選型一直是工程設(shè)計中的重要部分，在眾多的流量計類型中，將合適的流量計應(yīng)用到適合的工況，不僅是用戶十分關(guān)心的問題，也是工程設(shè)計人員的目標。流量計選型的影響因素眾多，應(yīng)用的場合復(fù)雜，不同類型的流量計?？蛇m用于同一場合。在流量計選型前，設(shè)計人員需要充分了解工況，根據(jù)個人經(jīng)驗經(jīng)過初選一復(fù)選一優(yōu)選的過程，確定流量計的類型，整個選型過程充滿了模糊判斷。
模糊綜合評價作為模糊數(shù)學的一種具體應(yīng)用方法，對多因素、多層次的復(fù)雜問題評判效果比較好而得到了廣泛的應(yīng)用。本文基于模糊綜合評價法與經(jīng)驗，結(jié)合合成氨生產(chǎn)裝置的某實際工況，對多種類型的流量計進行模糊綜合評價，以對流量計的選型提供依據(jù)。
1、模糊綜合評價方法：
模糊綜合評價是以模糊數(shù)學為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，從而進行綜合評價的一種方法。模糊綜合評價可分為單級和多級綜合評價，本文應(yīng)用二級模糊綜合評價，計算步驟如下:
１）建立評價對象集Ｙ ＝ ｛Ｙ１，Ｙ２，…，Ｙｐ｝。
２）建 立 評 價 對 象 因 素 集 Ｕ ＝ ｛ｕ１，ｕ２，…，ｕｎ｝，即確定評價指標，并將Ｕ 分為級因素集Ｕ＊＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝和第 二 級因素集 Ｕｉ＝｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝，ｉ＝１，２，…，ｋ；ｎ＝∑ｋｉ＝１ｎｉ。
３）建立評語集Ｖ ＝ ｛ｖ１，ｖ２，…，ｖｍ｝，即確定評語等級。
４）對第二級因素集Ｕｉ＝ ｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝的ｎｉ個因素進行單因素評價，即模糊映射ｆ～ｉ（Ｕ →Ｖ）：ｕ（ｉ）ｎｉ→ｆ～ｉ（ｕ（ｉ）ｎｉ）＝ （ｒ（ｉ）ｎｉ１，ｒ（ｉ）ｎｉ２，…，ｒ（ｉ）ｎｉｍ），得到單因素評價矩陣：
因素評價矩陣
５）建 立 Ｕｉ＝ ｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝的 權(quán) 重Ａｉ＝（ａ（ｉ）１，ａ（ｉ）２，…，ａ（ｉ）ｎｉ），即各因素的相對重要程度，經(jīng)模糊運算得到評價結(jié)果Ｂ～ｉ＝ＡｉＲｉ，ｉ＝１，２，…，ｋ。
６）對級因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝做綜合評價。建立Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝的 權(quán)重 Ａ ＝（ａ１，ａ２， …，ａｋ），
總 評 價 矩 陣 Ｒ ＝［Ｂ～１?。隆病?hellip;?。隆耄荩裕?jīng)模糊運算得到綜合評價結(jié)果Ｂ ＝ＡＲ。
７）綜合評價結(jié)果分析。
２、模糊綜合評價在流量計選型中的應(yīng)用：
實例以山東某合成氨生產(chǎn)裝置為例，工藝流程需要測量進變脫工段的變換氣流量，允許的壓力損失越
| 表 | １ | 工藝流量條件 | ||||||||||||||||||
| 工藝介質(zhì) | 密度／ | 操作溫度／ 操作壓力／ 管道規(guī)格／ ***大流量／ 正常流量／ ***小流量／ | 量程比 | |||||||||||||||||
| （ · －３） | （ ３· －１） | （３ | · －１） （ ３ | · －１） | ||||||||||||||||
| ℃ | ＭＰａ | ｍｍ | ||||||||||||||||||
| ｋｇ ｍ | ｍ | ｈ | ｍ | ｈ | ｍ | ｈ | ||||||||||||||
| ， ， | １１．９２ | ／ | ／ | ２１７×９ | １８０００ | １６０００ | １２０００ | ＜３∶１ | ||||||||||||
| Ｎ２ Ｈ２ | ＣＯ２ | ３５５０ | １．８２ | |||||||||||||||||
根據(jù)文獻［３］中“表 Ａ．０．１流量儀表選型參考表”：當工藝介質(zhì)為氣體時，宜選用差壓式流量計、渦街流量計、渦輪流量計和熱導式質(zhì)量流量計等；第６．１．８條又規(guī)定“在滿足測量要求的情況下，宜選用差壓式流量計”。因此，該工況宜選用差壓式流量計 （孔 板、噴 嘴、文 丘 里 管、楔 形 管、彎 管、均速管）。
２）文獻［４］將流量計選型考慮因素分為儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件與經(jīng)濟因素（共包含４７個子因素）；文獻［５］進一步總結(jié)為重復(fù)性、度、直管段、壓力損失、量程比等十幾個因素。考慮到該工況的實際情況，還應(yīng)去掉：等同因素，如重復(fù)性（重復(fù)性取決于差壓變送器［４］）；無關(guān)因素，如雙向測量能力（該工況只需單向測量）；過分因素，如量程比（３∶１的量程比已符合該工況的期望）。根據(jù)該工況工藝條件***終確定的模糊綜合評價指標體系如圖１所示，評價指標見表２所列。
圖１ 差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系
| 圖 | １ | 差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表 | ［ ］ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ２ | 差壓式流量計的各項評價指標 ３－６ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 差壓式 | 度， | 壓力 | 長期 | 使用 | 儀表 | 安裝費 | 流量 | 運行費 | 維護費 | 修理費 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 流量計 | 損失 | 穩(wěn)定性 | 壽命 | 購置費 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | 校驗費 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 孔板 | １．５ | 中 | ～ | 大 | ***差 | 短 | 低 | ～ | 中 | 低 | ～ | 高 | 較低 | 中 | ～ | 高 | 低 | 較低 | ||||||||||||||||||||
| 噴嘴 | １．５ | 小 | ～ | 中 | 差 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | ～ | 高 | 中 | 低 | ||||||||||||||||||||||||
| 文丘里管 | １．５ | 小 | 好 | 長 | 中 | ～ | 高 | 高 | 較低 | ～ | 高 低 | ～ | 中 | 中 | 中 | |||||||||||||||||||||||
| 彎管 | １．０～２．５ | 小 | 中 | 長 | 低 | ～ | 中 | 中 | 較低 | 低 | 低 | 較低 | ||||||||||||||||||||||||||
| 楔形管 | １．０～５．０ | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | 低 | 中 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 均速管 | １．０～４．０ | 小 | 中 | 中 | 低 | ～ | 中 | 中 | 中 | ～ | 高 | 低 | 低 | 低 | ||||||||||||||||||||||||
級因素集：Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝＝ ｛儀表性能，經(jīng)濟因 素｝；第 二 級 因 素 集：Ｕ１＝ ｛ｕ（１）１，ｕ（１）２，ｕ（１）３，ｕ（１）４｝＝｛度，壓力損失，長期穩(wěn)定性，使用壽命｝；Ｕ２＝ ｛ｕ（２）１，ｕ（２）２，ｕ（２）３，ｕ（２）４，ｕ（２）５，ｕ（２）６｝＝ ｛儀表購置費，安裝費，流量校驗費，運行費，維護費，修理費｝。３）表２中 的 各 定 性 指 標 是 按 照 ５ 個 等 級 評價流量 計，因 而 評 語 集 為 Ｖ ＝ ｛ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４，ｖ５｝＝ ｛很好，好，中，差，很差｝，評 價標準見表 ３所列。
| 表 | ３ | 評價指標的評語等級對照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 評價指標 | 評 | 語 | 等 | 級 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 很好 | 好 | 中 | 差 | 很差 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 度， | ｕ１ ≤０．２５ | ０．２５＜ｕ１ ≤１．００１．００＜ｕ１ ≤２．５０２．５０＜ｕ１ ≤４．００ | ｕ１ ＞４．００ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 壓力損失 | 無 | 小 | 中 | 大 | 很大 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 長期穩(wěn)定性 | ***好 | 好 | 中 | 差 | ***差 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 使用壽命 | 很長 | 長 | 中 | 短 | 很短 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 費用 | 較低 | 低 | 中 | 高 | ***高 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
４）從表２與表３來看，
各差壓式流量計存在某項評價指標與評語等級一對一的情況，則對該評語等級的隸屬度取值為１；也存在某項評價指標跨越多個評語等級的情況，
如楔形管流量計的度跨越了“好～很差”４個等級，則對所跨越的全部評語等級的隸屬度取平均值。以孔板流量計Ｙ１為例，分別對第二級因素集Ｕ１和Ｕ２的各個因素進行單因素評價，得到Ｒ１（Ｙ１），Ｒ２（Ｙ１）為Ｒ１（Ｙ１）＝ ０?。啊?１ ０
５）在模糊綜合評價中，權(quán)重是至關(guān)重要的，它反映了各個因素在綜合評價過程中所占有的地位或所起的作用，直接影響到綜合評價的結(jié)果。為客觀地反映實際情況，采用估測法［１］確定應(yīng)用于該工況的權(quán)重。以第二級因素集Ｕ１為例，表４為１０位分別對各因素權(quán)重的打分（滿分１００分）。
| 表 | ４ | 評分 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 權(quán) 重 | １ | ２ | ３ | ４ | ５ | ６ | ７ | ８ | ９ | １０ | 平均值 歸一化 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 度 | ６０ | ８０ | ６０ | ８０ | ８０ | ７０ | ６０ | ７０ | ７５ | ８０ | ７１．５ | ０．２０９ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 壓力損失 | ９０ | １００ | １００ | １００ | ９０ | ９０ | ９０ | １００ | ９０ | ９５ | ９４．５ | ０．２７６ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 長期穩(wěn)定性 | １００ | ８０ | １００ | ９０ | ９０ | ９０ | ８５ | １００ | ９５ | ９０ | ９２．０ | ０．２６９ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 使用壽命 | ８０ | ９０ | ８０ | ９０ | ９０ | ９０ | ８０ | ８０ | ８０ | ８５ | ８４．５ | ０．２４６ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
即權(quán)重 Ａ１＝ （０．２０９，
０．２７６，
０．２６９，
０．２４６），
同樣可得權(quán)重Ａ２＝ （０．２５６，
０．１０３，
０．１２８，
０．２１８，
０．１５４，
０．１４１）。對第二級因素集作綜合評價，
模糊合成 算 子 “”采 用 加 權(quán) 平 均 型 Ｍ（●，
），
計 算Ｂ～ｉ（Ｙ１）＝ ＡｉＲｉ（Ｙ１），ｉ ＝ １，
２，得：Ｂ～１（Ｙ１）＝（０．０００，
０．０００，
０．３４７，
０．３８４，
０．２６９），Ｂ～２（Ｙ１）＝（０．２６９，
０．３１６，
０．２７１，
０．１４３，
０．０００）。６）用 專 家 估 測 法 得 Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝的 權(quán) 重Ａ ＝（０．５６２，
０．４３８）?？傇u價矩陣 Ｒ 是以Ｂ～１，Ｂ～２為行的模 糊 矩 陣，則 孔 板 流 量 計 Ｙ１的 總 評 價 矩陣為對級因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝＝ ｛儀表性能，經(jīng)濟因素｝作綜合評價，采用加權(quán)平均型 Ｍ（●，）算子，得 孔 板 流 量 計 Ｙ１的 模 糊 綜 合 評 價 結(jié) 果：Ｂ～（Ｙ１）＝ Ａ Ｒ（Ｙ１）＝ （０．１１８，
０．１３９，
０．３１４，
０．２７９，
０．１５１）。
則 孔 板 流 量 計 Ｙ１的 總 評 價 矩陣為同樣，根據(jù)以上步驟，可得其他流量計的模糊綜合評價結(jié)果，見表５所列。
表５ 各差壓式流量計的模糊綜合評價結(jié)果
７）綜合評價結(jié)果分析。采用加權(quán)平均原則對模糊綜合評價結(jié)果進行分析，不僅能評價出各差壓式流量計在該工況的等級，而且可以依據(jù)其等級進行排序，從而選出該工況***適用的流量計。加權(quán)平均可表示為
加權(quán)平均可表示為
式中：ｂｊ———隸屬于第ｊ等級的隸屬度；ｋ———待定系數(shù)（ｋ＝１或ｋ＝２），目的是控制較大的ｂｊ所起的作用。
計算可得孔板、噴嘴、文丘里管、彎管、楔形管和均速 管 的 Ｂ＊（ｋ ＝ ２）分 別 為 ３．３２９，３．０４１，２．３９５，２．１９０，２．９９１ 和 ２．４９７?？?以 做 出 評 價：彎管***接近于“好”，其次為文丘里管和均速管，而孔板、噴嘴和楔形管則屬于“中”；同時，彎管、均速管和文丘里管的Ｂ＊非常接近，說明這３種流量計均適用于該工況，這也符合文獻［３］中第６．２．３．２條、６．２．４．４條和６．２．４．７條。由于彎管流量計［７］是國內(nèi)近年來才開始推廣，因而在該工況下的應(yīng)用并不多，目前大量應(yīng)用的是均速管流量計［８］，并且在該工況下取得了良好的表現(xiàn)。
３、結(jié)束語：
１）通過實例表明，采用模糊綜合評價法使流量計的選型更加科學嚴謹，并且能綜合經(jīng)驗得出符合規(guī)范和實際應(yīng)用情況的評價結(jié)果。
２）流量計應(yīng)用場合眾多，不同的工況需要建立不同的評價指標集，而各評價指標的權(quán)重應(yīng)根據(jù)具體工況綜合經(jīng)驗后確定。
３）模糊綜合評價可為設(shè)計人員在流量計選型中提供決策依據(jù)，值得推廣運用。
１）通過實例表明，采用模糊綜合評價法使流量計的選型更加科學嚴謹，并且能綜合經(jīng)驗得出符合規(guī)范和實際應(yīng)用情況的評價結(jié)果。
２）流量計應(yīng)用場合眾多，不同的工況需要建立不同的評價指標集，而各評價指標的權(quán)重應(yīng)根據(jù)具體工況綜合經(jīng)驗后確定。
３）模糊綜合評價可為設(shè)計人員在流量計選型中提供決策依據(jù)，值得推廣運用。
