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流量计常用类型
2018-2-2 10:38:29
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流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。2011年以前可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表,但是随着时代的进步,这个科技大爆炸的时代里,终于出现了一个最新产品-质量流量计,质量流量计适用于任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件,只是价格比较昂贵,无法在所以工业中都得到普及。

旧式的60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。

此外,按测量原理可分为如下几个大类:

1、力学原理:属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式;利用动量定理的冲量式、可动管式;利用牛顿第二定律的直接质量式;利用流体动量原理的靶式;利用角动量定理的涡轮式;利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式;利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。

2、电学原理:用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。

3、声学原理:利用声学原理进行流量测量的有超声波式.声学式(冲击波式)等。

4、热学原理:利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。

5、光学原理:激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。

6、原子物理原理:核磁共振式、核辐射式等是属于此类原理的仪表.

7、其它原理:有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。

本文按照目前最流行、最广泛的分类法分别来阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发挥在那情况:

靶式

靶式流量计是基于力学原理的一种流量计,它在工业上的开发应用已有数十年的历史。新型SBL靶式流量计是在传统靶式流量计的基础上,随着新型传感器、微电子技术的发展研制开发成的新型电容力感应式流量计,它既有孔板、涡街等流量计无可动部件的特点,同时又具有很高的灵敏度、与容积式流量计相媲美的准确度,量程范围宽。[3] 

中国于20世纪70年代开发电动、气动靶式流量变送器它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。由于当时力转换器直接采用差压变送器的力平衡机构,这种流量计使用时不免带来力平衡机构本身所造成的诸多缺陷,如零位易漂移,测量精确度低,杠杆机构可靠性差等。由于力平衡机构性能不佳的拖累,靶式流量计本身的许多优点亦未能得到有效的发挥,至今用户对旧靶式流量计的不良印象仍未消除。

新型SBL靶式流量计的力转换器采用应变式力转换器,它完全消除了上述力平衡机构的缺点,新型靶式流量计还把微电子技术和计算机技术应用到信号转换器和显示部分,流量计具有一系列优点,相信今后在众多流量计中发挥重要的作用。

差压式

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件与流体相互作用产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换器和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计、皮托管原理式-毕托巴流量计等。

二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。

检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。

所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。

非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。

差压式流量计流体体积流量公式为:

v=aA √2/j(p-q)

v--体积

j--液体密度

a--流量系数,与流道尺寸 取压方式和流速公布有关

A--孔板开孔面积

p-q--压力差

优点:

(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;

(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

缺点:

(1)测量精度普遍偏低;

(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;

(3)现场安装条件要求高;

(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

注:一种新型产品:引进美国航天航空局而开发的平衡流量计,这种流量计的测量精度是传统节流装置的5-10倍,永久压力损失1/3。压力恢复快2倍,最小直管段可以小至1。5D,安装和使用方便,大大减少流体运行的能力消耗。

应用概况:

差压式流量计应用范围特别广泛。在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用。如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。

1、常用标准节流装置(孔板)、(喷嘴)、(文丘利管)。

2、常用非标准节流装置有(双重孔板)、(圆缺孔板)、(1/4圆喷嘴)和(文丘利喷嘴)。

3、孔板常用取压方法有(角接取压)、(法兰取压),其它方法有(理论取压)、(径距取压)和(管接取压)。

4、标准孔板法兰取压法,上下游取压孔中心距孔板前后端面的间距均为(25.4±0.8)mm,也叫1英寸法兰取压。

5、1151变送器的工作电源范围(12)vdc到(45)vdc,负载从(0)欧姆到(1650)欧姆。

6、1151dp4e变送器的测量范围是(0~6。2)到(0~37。4)kpa。

7、1151差压变送器的最大正迁移量为(500%),最大负迁移量为(600%)。

8、管道内的流体速度,一般情况下,在(管道中心线)处的流速最大,在(管壁)处的流速等于零。

9、若(雷诺数)相同,流体的运动就是相似的。

10、当充满管道的流体流经节流装置时,流束将在(缩口)处发生(局部收缩),从而使(流速)增加,而(静压力)降低。

11、1151差压变送器采用可变电容作为敏感元件,当差压增加时,测量膜片发生位移,于是低压侧的电容量(增加),高压侧的电容量(减少)

12、1151差压变送器的最小调校量程使用时,则最大负荷迁移为量程的(600%),最大正迁移为(500%),如果在1151的最大调校量程使用时,则最大负迁移为(100%),正迁移为(0%)。

13、1151[4]  差压变送器的精度为(±0。2%)和(±0。25%)。 注:大差压变送器为±0。25%

14、常用的流量单位、体积流量为(m3/h)、(t/h),质量流量为(kg/h)、(t/h),标准状态下气体体积流量为(nm3/h)。

15、用孔板流量计测量蒸汽流量,设计时,蒸汽的密度为4.0kg/m3,而实际工作时的密度为3kg/m3,则实际指示流量是设计流量的(0.866)倍。

16、用孔板流量计测量气氨流量,设计压力为0.2mpa(表压),温度为20℃,而实际压力为0.15mpa(表压),温度为30℃,则实际指示流量是设计流量的(0.897)倍。

17、节流孔板前的直管段一般要求(10)d,孔板后的直管段一般要求(5)d,为了正确测量,孔板前的直管段最好为(30~50)d,特别是孔板前有泵或调节阀时更是如此。

18、为了使孔板流量计的流量系数α趋向定值,流体的雷诺数应大于(界限雷诺数)。

19、在孔板加工的技术要求中,上游平面应和孔板中心线(垂直),不应有(可见伤痕),上游面和下游面应(平行),上游入口边缘应(锐利无毛刺和伤痕)。

浮子流量计,又称转子流量计、金属转子流量计、成丰玻璃转子流量计,是变面积式流量计的一种。在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。

80年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。中国产量1990年估计在12~14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。

特点:

(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险;

(2)适用于小管径和低流速;

(3)压力损失较低。

容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。

容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。

优点:

(1)计量精度高;

(2)安装管道条件对计量精度没有影响;

(3)可用于高粘度液体的测量;

(4)范围度宽;

(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量,清晰明了,操作简便。

缺点:

(1)结果复杂,体积庞大;

(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大:

(3)不适用于高、低温场合;

(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;

(5)产生噪声及振动。

应用概况:

容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。

1990年产量(不包括家用煤气表)为34万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别占70%和20%

1、优点

(1)电磁流量计可用来测量工业导电液体或浆液。

(2)无压力损失。

(3)测量范围大,电磁流量变送器的口径从2。5mm到2。6m。

(4)电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量,测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。

2、缺点

(1)电磁流量计的应用有一定局限性,它只能测量导电介质的液体流量,不能测量非导电介质的流量,例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件下其衬里需考虑。

(2)电磁流量计是通过测量导电液体的速度确定工作状态下的体积流量。按照计量要求,对于液态介质,应测量质量流量,测量介质流量应涉及到流体的密度,不同流体介质具有不同的密度,而且随温度变化。如果电磁流量计转换器不考虑流体密度,仅给出常温状态下的体积流量是不合适的。

(3)电磁流量计的安装与调试比其它流量计复杂,且要求更严格。变送器和转换器必须配套使用,两者之间不能用两种不同型号的仪表配用。在安装变送器时,从安装地点的选择到具体的安装调试,必须严格按照产品说明书要求进行。安装地点不能有振动,不能有强磁场。在安装时必须使变送器和管道有良好的接触及良好的接地。变送器的电位与被测流体等电位。在使用时,必须排尽测量管中存留的气体,否则会造成较大的测量误差。

(4)电磁流量计用来测量带有污垢的粘性液体时,粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上,使变送器输出电势变化,带来测量误差,电极上污垢物达到一定厚度,可能导致仪表无法测量。

(5)供水管道结垢或磨损改变内径尺寸,将影响原定的流量值,造成测量误差。如100mm口径仪表内径变化1mm会带来约2%附加误差。

(6)变送器的测量信号为很小的毫伏级电势信号,除流量信号外,还夹杂一些与流量无关的信号,如同相电压、正交电压及共模电压等。为了准确测量流量,必须消除各种干扰信号,有效放大流量信号。应该提高流量转换器的性能,最好采用微处理机型的转换器,用它来控制励磁电压,按被测流体性质选择励磁方式和频率,可以排除同相干扰和正交干扰。但改进的仪表结构复杂,成本较高。

(7)价格较高

1、优点

(1) 超声波流量计是一种非接触式测量仪表,可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量。它不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,且便于安装。

(2) 可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。

(3) 超声波流量计的测量范围大,管径范围从20mm~5m.

(4) 超声波流量计可以测量各种液体和污水流量。

(5) 超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响。可以做成固定式和便携式两种形式。

2、缺点

(1) 超声波流量计的温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体。

(2) 抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度。

(3) 直管段要求严格,为前20D,后5D。否则离散性差,测量精度低。

(4) 安装的不确定性,会给流量测量带来较大误差。

(5) 测量管道因结垢,会严重影响测量准确度,带来显著的测量误差,甚至在严重时仪表无流量显示。

(6) 可靠性、精度等级不高(一般为1.5~2.5级左右),重复性差。

(7) 使用寿命短(一般精度只能保证一年)。

(8) 超声波流量计是通过测量流体速度来确定体积流量,对液体应该测量它的质量流量,仪表测量质量流量是通过体积流量乘以人为设定的密度后得到的,当流体温度变化时,流体密度是变化的,人为设定密度值,不能保证质量流量的准确度。只能在测量流体速度的同时,又测量了流体密度,才能通过运算,得到真实质量流量值。

(9) 价格较高。

1、优点

(1) 涡街流量计无可动部件,测量元件结构简单,性能可靠,使用寿命长。

(2) 涡街流量计测量范围宽。量程比一般能达到1:10。

(3) 涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响。一般不需单独标定。它可以测量液体、气体或蒸汽的流量。

(4) 它造成的压力损失小。

(5) 准确度较高,重复性为0.5%,且维护量小。

2、缺点

(1) 涡街流量计工作状态下的体积流量不受被测流体温度、压力、密度等热工参数的影响,但液体或蒸汽的最终测量结果应是质量流量,对于气体,最终测量结果应是标准体积流量。质量流量或标准体积流量都必须通过流体密度进行换算,必须考虑流体工况变化引起的流体密度变化。

(2) 造成流量测量误差的因素主要有:管道流速不均造成的测量误差;不能准确确定流体工况变化时的介质密度;将湿饱和蒸汽假设成干饱和蒸汽进行测量。这些误差如果不加以限制或消除,涡街流量计的总测量误差会很大。

(3) 抗振性能差。外来振动会使涡街流量计产生测量误差,甚至不能正常工作。通道流体高流速冲击会使涡街发生体的悬臂产生附加振动,使测量精度降低。大管径影响更为明显。

(4) 对测量脏污介质适应性差。涡街流量计的发生体极易被介质脏污或被污物缠绕,改变几何体尺寸,对测量精度造成极大影响。

(5) 直管段要求高。专家指出,涡街流量计直管段一定要保证前40D后20D,才能满足测量要求。

(6) 耐温性能差。涡街流量计一般只能测量300℃以下介质的流体流量。

1、优点

(1)标准节流件是全世界通用的,并得到了国际标准组织的认可,无需实流校准,即可投用,在流量计中亦是唯一的。

(2)结构易于复制,简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉;

(3)应用范围广,包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流,一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆有产品。

(4)检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产,便与专业化规模生产;

2、缺点

(1)测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平,由于众多因素的影响错综复杂,精确度难于提高。

(2)范围度窄,由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1 ~ 4∶1。

(3)有较长的直管段长度要求,一般难于满足。尤其对较大管径,问题更加突出;

(4)压力损失大;

通常为维持一台孔板流量计正常运行,水泵需要附加动力克服孔板的压力损失。该附加耗电量可直接由压力损失和流量计算确定。一年约需多耗电数万度,折合人民币数万元。下表中列出了孔板在正常压力损失情况下的能耗计算结果。其中运行天数按三百五十天计算,电价按0.35元/度计算。由表中计算电耗数据可见,孔板的附加运行费用是极高的,而采用弯管流量计该运行费用为零!

(5)孔板以内孔锐角线来保证精度,因此对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感,长期使用精度难以保证,需每年拆下强检一次。

(6)采用法兰连接,易产生跑、冒、滴、漏问题,大大增加了维护工作量。

- 优点

1. 球阀安装,安装拆卸方便。并可以带压安装。

2. 基于金氏定律,直接测量质量流量。测量值不受压力和温度影响。

3. 响应迅速。

4.量程范围大,管道式安装最小可以测量8.8mm管道的流量,最大可以测到30’’

5. 插入式类型的流量计,一支流量计可以用于测量多种管径。

- 缺点

1.精度不及其他类型流量计,一般为3%。

2.适用范围窄,只能用于测量干燥的非爆炸性的气体,如压缩空气、氮气、氩气及其他中性气体。

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