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常用流量计工作原理先容

时间:2015/06/17来源:未知

市场上测量流量的仪表种类比较多,其中工业常用的流量仪表达60多种,这么多的流量仪表,都有各自的适用范围和局限性。常用的流量计分为:容积式流量计、浮子流量计、差压式流量计、涡轮流量计涡街流量计、质量流量计、超声波流量计、电磁流量计和靶式流量计等,下面对常用流量计进行阐述。
   
1 浮子流量计
    浮子流量计一般作为测量精确度要求不高的现场指示仪表,广泛应用在电力、石化、冶金、医药和污水处理中。浮子流量计在小、微流量方面发挥重要作用。
    测量原理和结构
    浮子流量计的流量检测件由1根垂直锥形管和1个沿锥管轴上下移动的浮子构成。锥管和浮子之间的环隙在被测流体自下而上通过,浮子上下端产生差压形成浮子上升的力,通过比较浮子所受上升力与浸在流体中浮子重量之间的关系,当前者大于后者时,浮子上升,环隙面积增大,环隙处流体流速马上下降,直到前者等后者,浮子便稳定在某一高度。
     使用要求
    浮子流量计应用于小管径和低流速;大部分浮子流量计对上游直管段要求不高,甚至没有要求;浮子流量计流量范围度较宽,压力损失较低;浮子流量计可用于较低雷诺数,分为液体用、气体用和蒸汽用;安装时保持垂直,使流体由下而上流入。
   
2 差压式流量计
    差压式流量计在流量仪表使用中占主导地位,绝大部分介质都可以用这种流量计。
   测量原理和结构
    根据管道内流量检测件产生差压,结合现有流体条件、检测件以及管道的几何尺寸对流量进行计算。一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)构成差压式流量计。按照检测件形式将差压式流量计分为:孔板、喷嘴、文丘里管、均速管流量计等;按照二次装置分为:机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。差压式流量计中孔板节流式差压流量计应用最为广泛。
工作原理为:流体充满管道流经管道内的节流件时,在节流件处流束形成局部收缩。此时,流速增大,静压降低,在节流件的前后产生差压,差压随流量的增大而增大,因而可依据差压来衡量流量的大小。常用的节流元件有孔板,阿牛巴也属于差压式流量计。差压式流量计都是基于流体的动能和势能相互转化的原理设计的,根据伯努利方程有如下关系式:p1+ρ1V12/2=p2+ρ1V22/2。
    孔板节流装置使用要求
    液体满管并连续流动,有足够长直管段;管道内的流动应该是稳定的,在测量时,流体流量应不随时间变化,或变化的非常缓慢;流体必须在物理和热力学上是单项均匀的或可认为是单相的;流体在流进节流件以前,其流速必须与管道轴线平行,不得有旋转。
   
3 涡街流量计
    涡街流量计广泛应用于石油化工、冶金、电力、食品、制药、电力、造纸等领域,以及供热、供水、煤气、市政建设、环保工程等行业的各种液体、气体、高低温过热蒸汽和饱和蒸汽进行流量计量和节能管理。
    测量原理
    涡街流量计是在流体中设置旋涡发生体,从而发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列,产生一定的频率,通过公式f=St*v/(1-1.27d/D)*d(St为斯特劳哈尔数,为无量纲数,与旋涡发生体及雷诺数有关;v为流速;d为发生体迎面宽度;D为公称通径)即可得出流速。
    使用要求
    传感器应避免安装在有机械振动的管道上。当振动不可避免时,应考虑在距传感器前后约2DN处的直管段上加固定支撑架。直管段内径尽可能与传感器通径一致,若不能一致,应采用比传感器通径略大的管径,误差要≤3%并不超过5mm。对直管段的要求:上游为15-50D;上游加整流器时,上游不小于10D;下游至少为5D。
   
4 超声波流量计
   超声波流量计的测量范围很广,测量的介质可以是各种水,酸碱液,各种油,化工,食品,冶金,矿山,节能监测,节水管理造纸等行业,超声波测量在未来测量流量行业的前景是无法比拟的。
    测量原理和安装要求
    应用超声波测量流量,主要是通过声波在静止流体中的传播速度与流动流体中的传播速度存在差异,通过测量声波在流动介质中的传播速度等方法,求出流速和流量。通常采用W型、V型、Z型对超声波流量计进行安装。根据管径和流体特性选择安装方式,管径在25~75mm之间的适用于W型,管径在25~250mm之间用V型,管径大于250mm以上的适用于Z型。为了确保测量仪表准确度,选择满足一定条件的场所进行定位:通常上游10D、下游5D以上直管段;上游30D内不能装泵、阀等扰动设备。
  使用特点
    安装方便、简单,适用不同管径;为保证精度,对直管段要求严格;精度不高,测量误差大;流体温度、组成或密度变化时,将引起声波速度变化,进而影响计算流量值。
   
5 质量流量计
    质量流量计是一种新型的流量测量仪表,它可以直接用于测量介质的质量流量、密度,具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点。
    测量原理
    质量流量计分为科里奥利质量流量计与热导式质量流量计。比较常用的是科里奥利质量流量计,在传感器的外壳内有一对平行的测量管,该管安装在管子端部的电磁驱动线圈作用下,做近似于音叉的振动。当流体通过两个平行的测量管时,会产生一个与流速方向的加速度及相应的科里奥利力。测量管扭曲的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比:M=kf(K与测量管长度L及角速度W有关的常数,f为科里奥利力)。通过位于流量测量管两侧的电磁感应器对两点处管子振动的速度进行监测,由于管子变形造成这两个速度信号之间存在时间差,然后将这个信号传输至转换器进行处理并转换成与质量流量成正相关的电信号输出。
   质量流量计的特点
    具有很高的精度;所测的质量流量与流体的温度、压力、粘度、电导率和流动状态无关,但流体必须充满;应保证测量管无腐蚀与磨损及结垢,这都会影响测量准确度;零点飘移较大,且压头损失较大;忌液气混合;传感器法兰前后必需加装具有足够强度的支架以避免管道振动干扰,引起测量误差。
   
6 电磁流量计
   电磁流量计主要应用于化工、钢铁、煤炭、给排水、造纸、食品、纺织印染和化纤等工业领域。电磁流量计独有的功能设计是普通流量计所无法替代的。
 电磁流量计组成及工作原理
   电磁流量计包括变送器、转换器两部分,二者通过连接线实现连接。变送器基于电磁感应定律工作,被测介质流动方向与磁力线方向垂直,由此生成感应电动势。转换器实际是一个能够抑制多种干扰成分的高输入阻抗。安装场所要求:电磁流量计安装尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备,以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。传感器测量管内始终充满被测体,不能在不满管和有可能出现空管时工作;应选取管内流体脉动较小的位置测量;测双相流体时,选不易引起分离的地方;四氟衬里的传感器,避免负压;避免液体电导率不均匀的场所。
   电磁流量计的特点
    测量管是一段光滑的直管,无活动及阻流部件,基本上无压力损失,对于大口径管道来说,节能效果显著;不怕堵塞,特别适用测量液固二相介质的流量;合理选用衬里材料及电极材料,可测量各种腐蚀性介质流量;安装要求低,前置直管长度为5D,后置直管长度为3D;测量精度高,目前可达±0.2%;量程比宽,为1:20(孔板为1:3,涡轮为1:5)。电磁流量计局限性和不足之处:介质温度不超过180℃,压力不超过4.0Mpa,流速不得低于0.5m/s;被测介质是导电液体,最低电导率>5μs/cm;被测介质不能含有较多的铁磁性物质及气泡;不能用于气体、蒸汽、石油制品等非导电性流体。
 
 7 
涡轮式流计
    涡轮流量计主要由传感器和转换显示仪两部分组成。传感器采用多叶片的转子旋转运动感受流体的平均流速,转子的转动可由机械、磁感应、光或电子等方式来检测,并由读出装置显示或记录,而转子的转数与流体的流量成正比,从而可以计量流体的流量。涡轮流量计广泛地应用于昂贵介质,如石油等流量的测量。

 8 综上所述:
    每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。因此,在选择仪表时,要熟悉仪表和被测对象两方面的情况,并要兼顾考虑环境等其它因素。 

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