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常見類型的流量計

流量測量方法和儀器有很多種,分類方法也有很多種。在2011之前,可供工業使用的流量計多達60種。之所以有這麽多品種,是因為沒有壹種流量計適用於任何流體、任何量程、任何流動狀態、任何使用條件。然而隨著時代的進步,在這個科技爆炸的時代,終於出現了壹種最新的產品——質量流量計。質量流量計適用於任何流體、任何量程、任何流動狀態、任何使用條件,但價格昂貴,無法在所有行業推廣。

60多種老式流量計,每種產品都有其特定的適用性,但也有其局限性。按測量對象分,有封閉管道和明渠兩類;按計量目的可分為總量計量和流量計量,它們的儀表分別稱為總量表和流量計。

另外,根據測量原理,可以分為以下幾類:

1,機械原理:屬於該原理的儀器有差壓式和利用伯努利定理的轉子式;利用動量定理的脈沖式和移動管式;利用牛頓第二定律的直接質量公式;利用流體動量原理的目標類型;利用角動量定理的渦輪公式:利用流體振蕩原理的渦流型和渦街型;皮托管式、容積式、堰式、槽式等利用總靜壓差。

2.電氣原理:該原理使用的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。

3.聲學原理:利用聲學原理測量流量的有超聲波、聲波(沖擊波)等。

4.熱學原理:有量熱儀、直接量熱儀、間接量熱儀等。利用熱學原理測量流量。

5.光學原理:激光式和光電式都屬於這個原理的儀器。

6.原子物理學原理:核磁共振振動式和核輻射式都是屬於這個原理的儀器。

7.其他原理:標記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、關聯原理等。

按照目前最流行、最廣泛的分類,闡述了各種流量計的原理、特點、應用及國內外應用情況:

目標類型

靶式流量計是壹種基於機械原理的流量計,在工業上已有幾十年的發展和應用。新型SBL靶式流量計是在傳統靶式流量計的基礎上,隨著新型傳感器和微電子技術的發展而發展起來的壹種新型電容式力感應流量計。它具有孔板、渦街等無運動部件流量計的特點,同時靈敏度高,精度可與容積式流量計媲美,測量範圍寬。

我國在20世紀70年代研制了電動氣動靶式流量變送器,是電動和qdz的檢測儀器。當時的力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構,不可避免地帶來了力平衡機構本身帶來的諸多缺陷,如零位易漂移、測量精度低、杠桿機構可靠性差。由於力平衡機構性能不佳,靶式流量計本身的許多優點沒有得到有效發揮,用戶對老式靶式流量計的不良印象也沒有消除。

新型SBL靶式流量計的力轉換器采用應變式力轉換器,完全消除了上述力平衡機構的缺點。新型靶式流量計還將微電子和計算機技術應用於信號轉換器和顯示部分。該流量計具有壹系列的優點,相信在未來的許多流量計中將會發揮重要的作用。

差壓式

差壓式流量計是根據安裝在管道中的流量檢測器與流體相互作用產生的差壓,已知的流體狀況以及檢測器和管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

差壓流量計由壹次設備(檢測器)和二次設備(差壓轉換器和流量指示器)組成。差壓流量計通常以試件的形式分類,如孔板流量計、文丘裏流量計、均速管流量計、皮托管原理-畢托巴流量計等。

二次設備是各種機械、電子、機電壹體化的差壓計、差壓變送器和流量顯示儀表。已發展成為三類(系列化、通用化、標準化)程度較高的壹大類儀器,既能測量流量參數,又能測量其他參數(如壓力、液位、密度)。

差壓流量計的檢測部件按其工作原理可分為節流裝置式、液阻式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式和噴射式。

試件按其標準化程度可分為標準和非標準兩類。

所謂標準試件,就是按照標準文件設計、制造、安裝和使用,不需要實際的流量標定,就可以確定其流量值,估算測量誤差。

非標準試件不太成熟,還沒有納入國際標準。差壓流量計是應用最廣泛的流量計,其使用量在各種流量計中居首位。由於各種新型流量計的問世,其使用百分比逐漸下降,但仍是目前最主要的流量計類型。

差壓流量計的流體體積流量公式為:

v=aA √2/j(p-q)

體積

j-液體密度

a——流量系數,與流道的大小、取壓方式和流量的釋放有關。

孔板的孔面積

壓力差

優勢:

(1)應用最廣泛的孔板流量計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長。

(2)應用範圍廣,至今沒有流量計可與之媲美;

(3)試件、變送器和顯示儀表分別由不同廠家生產,便於規模經濟生產。

缺點:

(1)測量精度普遍較低;

(2)範圍較窄,壹般只有3:1 ~ 4:1;

(3)對現場安裝條件要求高;

(4)壓力損失大(孔板、噴嘴等。).

註:新產品:美國國家航空航天局開發的平衡流量計。該流量計的測量精度是傳統節流裝置的5-10倍,永久壓力損失為1/3。壓力恢復快壹倍,最小直管段可小至1.5D,安裝使用方便,大大降低流體運行的容量消耗。

應用概述:

差壓流量計有著廣泛的應用。各種物體在封閉管道的流量測量中都有應用。如流體:單相、混相、潔凈、汙濁、粘性流等。工作條件:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等。直徑:從幾毫米到幾米;流動條件:亞音速、音速、脈動流等。其在各工業部門的消耗量約占流量計總消耗量的1/4~1/3。

1.常用的標準節流裝置(孔板)、(噴嘴)和(文丘裏管)。

2.常用的非標節流裝置有(雙孔板)、(圓形孔板)、(1/4圓形噴嘴)和(文丘裏噴嘴)。

3.孔板取壓常用的方法有(角接壓力)和(法蘭連接壓力),其他方法有(理論壓力)、(徑向距離壓力)和(管接頭壓力)。

4、標準孔板法蘭壓力法,上下遊壓力孔中心與孔板前後端面的距離為(25.4±0.8)mm,也叫1英寸法蘭壓力。

5.1151發射機的工作電源範圍為(12)vdc至(45)vdc,負載為(0)歐姆至(1650)歐姆。

6.1151dp4e變送器的量程為(0 ~ 6.2)至(0 ~ 37.4) kPa。

7.1151差壓變送器最大正遷移為(500%),最大負遷移為(600%)。

8.壹般來說,管道中的流體速度在(管道中心線)處最大,在(管壁)處的速度等於零。

9.如果(雷諾數)相同,流體的運動是相似的。

10.當充滿管道的流體流經節流裝置時,在(收縮處)會發生流動(局部收縮),這樣(流量)就會增加,(靜壓)就會降低。

11,1151差壓變送器采用可變電容作為敏感元件。當壓差增加時,測量膜片移動,因此低壓側的電容(增加)和高壓側的電容(減少)。

當使用12、1151差壓變送器的最小調節範圍時,最大負載轉移為該範圍的(600%),最大正向轉移為(500%)。如果最大調整在1151,

13、1151差壓變送器的準確度分別為(0.2%)和(0.25%)。註:大差壓變送器為0.25%。

14、常用流量單位,標準狀態下的體積流量(m3/h)、(t/h)、質量流量(kg/h)、(t/h)、氣體體積流量(nm3/h)。

15.使用孔板流量計測量蒸汽流量。設計中蒸汽密度為4.0kg/m3,實際工作中實際指示流量為設計流量的(0.866)倍。

16.用孔板流量計測量氨氣流量。設計壓力為0.2mpa(表壓),溫度為20℃,而實際壓力為0.15mpa(表壓),溫度為30℃,因此實際指示流量為設計流量的(0.897)倍。

17、孔板前的直管段壹般要求(10)d,孔板後的直管段壹般要求(5) d,為了正確測量,孔板前的直管段最好是(30 ~ 50) d,特別是孔板前有泵或調節閥時。

18.為了使孔板流量計的流量系數α趨於恒定值,流體的雷諾數應大於(臨界雷諾數)。

19.孔板加工技術要求中,上遊平面應垂直於孔板中心線,無可見傷痕,上遊面和下遊面應平行,上遊進口邊緣應銳利,無毛刺和傷痕。

漂浮物

浮子流量計又稱轉子流量計、金屬轉子流量計、乘風玻璃轉子流量計,是壹種變面積流量計。在自下而上膨脹的垂直錐形管中,橫截面為圓形的浮子的重力由流體動力承擔,使浮子能在錐形管中自由升降。

浮子流量計是繼差壓流量計之後應用最廣泛的流量計,特別是在小流量和微流量中。

80年代中期,日本、西歐和美國的銷售金額占流量計的15%~20%。我國1990產量估計為12~14萬臺,其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計。

特點:

(1)玻璃錐管浮子流量計結構簡單,使用方便,但其缺點是耐壓低,玻璃管破裂風險大。

(2)適用於小管徑、低流量;

(3)壓力損失低。

正位移

容積式流量計,又稱定排量流量計,簡稱PD流量計,是流量儀表中最精確的壹種。它利用機械測量元件將流體連續地分成壹個已知的體積部分,並根據測量室在這個體積部分中充入和排出流體的次數來測量流體的總體積。

容積式流量計按其測量元件可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、盤式流量計、液封旋轉圓筒流量計、濕氣流量計和膜式氣體流量計。

優勢:

(1)測量精度高;

(2)管道安裝條件對測量精度沒有影響;

(3)可用於測量高粘度液體;

(4)範圍廣;

(5)直讀儀無需外部能源即可直接獲得累計總量,清晰易操作。

缺點:

(1)結果復雜巨大;

(2)被測介質的類型、口徑和工作狀態有很大的局限性:

(3)不適合高低溫場合;

(4)大多數儀器只適用於清潔的單相流體;

(5)噪音和振動。

應用概述:

容積式流量計、差壓式流量計和浮子流量計被列為使用量最大的三種流量計,常用於測量貴重介質(石油產品、天然氣等)的總量。).

1990(不含家用燃氣表)產量34萬套,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別占70%和20%。

電磁流量計

1,優點

(1)電磁流量計可用於測量工業導電液體或漿料。

(2)無壓力損失。

(3)測量範圍大,電磁流量變送器的直徑從2.5毫米到2.6毫米..

(4)電磁流量計測量的是被測流體在工作狀態下的體積流量,測量原理不涉及流體的溫度、壓力、密度、粘度的影響。

2.不足之處

(1)電磁流量計的應用有壹定的局限性。只能測量導電介質的液體流量,不能測量非導電介質的流量,如水處理好的氣體、熱水等。另外,它的內襯要考慮高溫。

(2)電磁流量計通過測量導電液體的速度來確定工作狀態下的體積流量。根據測量要求,對於液體介質,要測量質量流量,介質流量的測量要涉及到流體的密度。不同的流體介質具有不同的密度,並隨溫度而變化。如果電磁流量計轉換器不考慮流體密度,只給出室溫下的體積流量是不合適的。

(3)電磁流量計的安裝調試比其他流量計更復雜,要求更嚴格。變送器和轉換器必須壹起使用,兩種不同類型的儀器不能壹起使用。安裝變送器時,從安裝位置的選擇到具體的安裝調試,都必須嚴格按照產品說明書的要求進行。安裝現場不應有振動和強磁場。安裝時,變送器和管道必須接觸良好,接地良好。變送器的電位等於被測流體的電位。使用時,必須將測量管內殘留的氣體排出,否則會造成較大的測量誤差。

(4)電磁流量計在測量帶有汙物的粘性液體時,粘性物質或沈澱物附著在測量管內壁或電極上,改變了變送器的輸出電位,帶來測量誤差。當電極上的汙垢達到壹定厚度時,儀器可能無法測量。

(5)給水管道結垢或磨損改變內徑大小,會影響原來的流量值,造成測量誤差。如果壹個100mm口徑的儀器內徑變化1mm,會帶來2%左右的附加誤差。

(6)變送器的測量信號是非常小的毫伏電勢信號。除了流量信號外,還有壹些與流量無關的信號,如相電壓、正交電壓、* * *模式電壓等。為了準確測量流量,需要消除各種幹擾信號,並對流量信號進行有效放大。應提高流量轉換器的性能,最好采用微機型轉換器控制激勵電壓,並根據被測流體的性質選擇激勵方式和頻率,以消除同相幹擾和正交幹擾。但是,改進後的儀器結構復雜,成本高。

(7)價格較高

超聲波流量計

1,優點

(1)超聲波流量計是壹種非接觸式測量儀器,可用於測量不易接觸和觀察的流體流量和較大的管道徑流量。它不會改變流體的流動狀態,不會產生壓力損失,安裝方便。

(2)可測量強腐蝕介質和非導電介質的流量。

(3)超聲波流量計的測量範圍大,管徑從20mm~5m到5m不等.

(4)超聲波流量計可以測量各種液體和汙水的流量。

(5)超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度、密度等熱物理參數的影響。可制成固定式和便攜式。

2.不足之處

(1)超聲波流量計的測溫範圍不高,壹般只能測量溫度低於200℃的流體。

(2)抗幹擾能力差。容易受到氣泡、結垢、混有泵等聲源的超聲波噪聲的幹擾,影響測量精度。

(3)直管段嚴格要求,前20天,後5天。否則離散性差,測量精度低。

(4)安裝的不確定性會給流量測量帶來很大的誤差。

(5)測量管道的結垢會嚴重影響測量精度,帶來很大的測量誤差,即使儀表沒有流量顯示。

(6)可靠性和準確性不高(壹般在1.5 ~ 2.5左右),重復性差。

(7)使用壽命短(壹般精度只能保證壹年)。

(8)超聲波流量計通過測量流體速度來確定體積流量,對於液體應測量其質量流量。儀器測得的質量流量是體積流量乘以人為設定的密度得到的。當流體溫度變化時,流體密度發生變化,人為設定的密度值無法保證質量流量的準確性。只有測出流體速度,測出流體密度,才能通過運算得到真實的質量流量值。

(9)價格較高。

渦街流量計

1,優點

(1)渦街流量計無運動部件,測量元件結構簡單,性能可靠,使用壽命長。

(2)渦街流量計測量範圍寬。範圍比壹般可以達到1: 10。

(3)渦街流量計的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數的影響。壹般來說,不需要單獨校準。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。

(4)造成的壓力損失小。

(5)精度高,重復性0.5%,維護量小。

2.不足之處

(1)渦街流量計在工作狀態下的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度等熱工參數的影響,但液體或蒸汽的最終測量結果應為質量流量,對於氣體,最終測量結果應為標準體積流量。質量流量和標準體積流量都必須用流體密度換算,並且必須考慮流體工況變化引起的流體密度變化。

(2)引起流量測量誤差的主要因素有:管道內流速不均勻引起的測量誤差;流體工況變化時不能準確確定介質密度;濕飽和蒸汽假定為幹飽和蒸汽進行測量。如果不限制或消除這些誤差,渦街流量計的總測量誤差將很大。

(3)抗振性能差。外界振動會造成渦街流量計的測量誤差,甚至無法正常工作。通道流體的高速沖擊會引起渦街發生器懸臂的附加振動,降低測量精度。直徑大的影響更明顯。

(4)對測量臟介質的適應性差。渦街流量計的發生器容易被介質汙染或被汙物纏繞,改變幾何尺寸,極大地影響測量精度。

(5)直管段要求高。專家指出,渦街流量計的直管段必須保證前40天和後20天滿足計量要求。

(6)耐溫性差。渦街流量計壹般只能測量300℃以下介質的流體流量。

孔板流量計

1,優點

(1)標準節流元件是全世界通用的,並已被國際標準組織認可。無需實際流量標定即可投入使用,在流量計中也是獨壹無二的。

(2)結構易於復制,簡單牢固,性能穩定可靠,價格低廉;

(3)應用範圍廣,包括所有單相流體(液體、氣體、蒸汽)和部分混合相流體,產品在壹般生產工藝的管徑和工作狀態(溫度、壓力)下均可。

(4)試件和差壓顯示儀表可以由不同的廠家分別生產,因此可以進行專業規模的生產;

2.不足之處

(1)測量的重復性和準確度在流量計中處於中等水平,受諸多因素的復雜影響,準確度難以提高。

(2)範圍窄。由於流量系數與雷諾數有關,壹般範圍只有3 ∶ 1 ~ 4 ∶ 1。

(3)有較長的直管長度要求,壹般難以滿足。尤其對於管徑較大的,問題更加突出;

(4)壓力損失大;

通常,為了維持孔板流量計的正常工作,水泵需要額外的動力來克服孔板的壓力損失。額外功耗可通過壓力損失和流量計算直接確定。壹年多需要幾萬千瓦時的電,相當於幾萬人民幣。孔板在正常壓力損失下的能耗計算結果見下表。運營天數按350天計算,電價按0.35元/千瓦時計算。從表中計算的耗電數據可以看出,孔板的附加運行成本極高,而彎管流量計的運行成本為零!

(5)孔板精度由內孔銳角線保證,對腐蝕、磨損、結垢、汙垢敏感,長期使用精度難以保證,每年需拆下檢查壹次。

(6)法蘭連接容易出現跑、冒、滴、漏的問題,大大增加了維修工作量。

熱質量流量計(恒溫差)

-優勢

1.球閥易於安裝和拆卸。並且可以在壓力下安裝。

2.基於金定律,直接測量質量流量。測量值不受壓力和溫度的影響。

3.快速反應。

4.測量範圍大,管道安裝可測量8.8mm管道最小流量,30 ' '可測量最大流量。

5.插入式流量計,壹個流量計可以用來測量各種管徑。

-缺點

1.精度不如其他類型的流量計,壹般為3%。

2.適用範圍較窄,只能用於測量幹燥的非爆炸性氣體,如壓縮空氣、氮氣、氬氣等中性氣體。