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現(xiàn)行流量計的特點(diǎn)以及選型 流量計技術(shù)指標(biāo)

時間：2020-07-29    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
摘 要： 流量是工業(yè)生產(chǎn)中一種常見的測量對象，但由于流量計的類型繁多，對設(shè)計選型造成了困擾。介紹了工業(yè)控制中常用到的幾種流量計類型，討論了其測量原理及主要特。針對工業(yè)生產(chǎn)的不同應(yīng)用要求，總結(jié)了流量計的選型方法和要點(diǎn)。
關(guān)鍵字： 流量計 流量測量 選型管道

0 前言

在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，存在著種類繁多的流量計，對設(shè)計人員選型造成了一定的難度。流量計按測量原理大致可以分為容積式、速度式、差壓式、面積式、質(zhì)量式等。不同類型的流量計其特點(diǎn)也略有不同，需針對不同的測量領(lǐng)域、不同的測量介質(zhì)、不同的工作范圍，選擇不同種類、不同型號的流量計，以取得更好的測量效果。本文以幾種常用的流量計為例，介紹流量計的測量原理以及主要選型特點(diǎn)。

1 流量計介紹

1.1 孔板流量計

孔板流量計是常用的一種流量計，屬于差壓式流量計，以流動連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)。充滿管道的流體在經(jīng)過管道內(nèi)節(jié)流元件時（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴等），流體流線在節(jié)流元件處形成局部收縮，流速加快，在節(jié)流元件前后形成壓差。根據(jù)壓差的大小可以衡量流量的大小，如圖1所示。


圖1 孔板流量計原理

計算公式為：

式中

qm——質(zhì)量流量，kg/s；
qv——體積流量，m3/s；
c——流出系數(shù)；
ε——可膨脹性系數(shù)；
β——直徑比，β=d/D
d——工作條件下節(jié)流件的孔徑，m；
D——工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；
Δp——差壓，Pa；
ρ1——上游流體密度，kg/m3。

孔板流量計一般由節(jié)流裝置（節(jié)流件、測量管、直管段、流動調(diào)整器、取壓管路）和差壓流量計組成，對工況變化準(zhǔn)確度要求高的場合則需配置壓力計（傳感器或變送器）并進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。其主要特點(diǎn)是：

（1）結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單，牢固，性能穩(wěn)定可靠。
（2）價格低廉。
（3）應(yīng)用廣泛，液、氣、蒸汽皆可測量。
（4）準(zhǔn)確度不高，壓損大。

1.2 渦街流量計

在流體中設(shè)置漩渦發(fā)生體（阻流體），從漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列規(guī)則的交替排列的漩渦渦街，漩渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比，如圖2所示。


圖2 渦街流量計原理

漩渦列在漩渦發(fā)生體下游非對稱地排列，設(shè)漩渦的發(fā)生頻率為f，被測流體平均速度為υ，漩渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，可得關(guān)系式：

式中 St——斯特勞哈爾數(shù)，在ReD=2′104-7′108范圍內(nèi)，St可視為常數(shù)。

渦街流量計的流量方程為：

式中

qv、qm——分別為體積流量和質(zhì)量流量；
f——輸出頻率；
K——流量計儀表系數(shù)；
ρ——流體密度。

當(dāng)測量氣體流量時，渦街流量計的流量計算式為：

式中

pn、Tn——分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力和溫度；
Z、Zn——分別為工作狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體壓縮系數(shù)；
qvn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量
p、T——分別為工作壓力和溫度。

主要特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。
（2）適用流體種類多，液、氣、蒸汽皆可測量。
（3）準(zhǔn)確度較高，測量范圍寬，壓損小。
（4）不適用于低雷諾數(shù)測量。
（5）抗干擾能力差。

1.3 電磁流量計

電磁流量計的原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，它是一種測量導(dǎo)電性液體的體積流量儀表。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時切割磁力線，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢，利用右手定則即可確定感應(yīng)電動勢，如圖3所示。計算式如下：


圖3 電磁流量計原理

式中

E——感應(yīng)電動熱勢；
k——補(bǔ)償系數(shù)；
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度；
D——測量管徑；
υ——液體平均流速。

式中

主要特點(diǎn)：

（1）沒有阻流元件，不會堵塞，適用于帶有懸浮物、固體顆粒的液體和污水的測量。
（2）沒有附加壓力損失，節(jié)約能耗。
（3）儀表測量范圍大，流速可在0.5～10m/s內(nèi)選定。
（4）不能用于低導(dǎo)電率液體。
（5）由于內(nèi)襯材料為絕緣材料的限制，不能用于較高溫的場合。

1.4 均速管流量計

均速管流量計（國外稱Annbar、Torbar、Probar、Verabar、Itabar……等），是基于皮托管測速原理，以測管道中直線上幾個點(diǎn)的流速來推算流量的一種插入式流量儀表，如圖4所示。它是一根沿直徑插入管道中的中空金屬桿，在影響流體流動方向有成對的測壓孔，一般有三對，其外形似笛子。迎流面的多點(diǎn)測壓孔測量的是總壓，與全壓管相連通，引出平均全壓p1；背流面的中心處有一開孔，與靜壓管相通，引出靜壓p2。利用全壓與靜壓之差來計算流速，其計算式為：


圖4 均速管流量計原理

式中

Qv——體積流量；
α——流量系數(shù)；
ε——可膨脹系數(shù)；
D——管道內(nèi)徑；
ρ1——被測流體密度；
Δp——差壓，Δp=p1-p2。

主要特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。
（2）適應(yīng)范圍寬闊，可適用于多種流體（氣、液、蒸汽）。
（3）壓損小，節(jié)能效果顯著。
（4）在直管段長度不足時，準(zhǔn)確度難以高于±2%～±3%，不宜作為計量儀表。
（5）易于堵塞，要求流體潔凈。

1.5 平衡流量計

平衡流量計（balancedflowmeter，BFM）是一種新型的流量計，是美國國家航空航天局（NASA）下屬馬歇爾航空飛行中心（NASA-MSFC）針對航天飛機(jī)的主發(fā)動機(jī)液氧測量而設(shè)計發(fā)明的一種新型流量計，由A+FlowTek公司生產(chǎn)，亦稱為A+K平衡流量計，如圖5所示。


圖5 平衡流量計原理

A+K平衡流量計（BFM）對傳統(tǒng)節(jié)流裝置進(jìn)行了極大的改進(jìn)，將節(jié)流原理由邊緣節(jié)流改為平衡節(jié)流。平衡流量傳感器是一個多孔的圓盤節(jié)流整流器，安裝在管道的截面上，每個孔的尺寸和分布基于獨(dú)特的公式和測試數(shù)據(jù)定制，稱為函數(shù)孔。當(dāng)流體穿過圓盤的函數(shù)孔時，流體將被平衡調(diào)整，渦流被最小化，形成近似理想流體，通過標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置，可獲得穩(wěn)定的差壓信號，再根據(jù)伯努利方程可計算出體積流量、質(zhì)量流量。

主要特點(diǎn)：

（1）測量精度高，其測量精度可達(dá)±0.5%。
（2）直管段要求低，最小可達(dá)0.5D。
（3）壓損小，節(jié)約能耗。
（4）適用范圍廣，可以測量氣體、液體、蒸汽等各種介質(zhì)。

2 關(guān)于流量計的選型

首先，必須熟悉儀表和被測介質(zhì)兩方面的情況，按照流體的特性及應(yīng)用范圍剔除不適合的方法和儀表，初步選擇測量方法和儀表。然后，按照以下幾個方面進(jìn)行分析比較。

首先，根據(jù)儀表性能進(jìn)行選型，需要對精度的高低以及儀表的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行大概的過濾。例如孔板的測量精度較差，相對來說質(zhì)量流量計的測量精度較高。因此在選型時需要注意，選擇精度符合工藝要求的儀表。其次，根據(jù)流體特性，選擇不同的流量計。舉例來說，孔板等差壓流量計對于黏稠液體的測量效果不佳；均速管類儀表一般測量潔凈的氣體或液體，對于介質(zhì)的潔凈程度有較高要求；電磁流量計用于測量可導(dǎo)電的介質(zhì)，但是對于介質(zhì)溫度的要求較高，不能高于180℃。然后，從安裝條件考慮，儀表處于管道的位置，前后直管段要求是否足夠，管道周圍空間大小是否便于儀表維護(hù)，管道是水平安裝還是豎直安裝等。從現(xiàn)場環(huán)境考慮，要考慮到現(xiàn)場的溫度對儀表的影響，是否有電磁干擾，是否存在震動，例如渦街流量計，這種對環(huán)境要求比較高的流量計，在周圍有干擾和震動的場合就不宜使用。最后，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，比如平衡流量計，就可以做到取代孔板，減少壓損，節(jié)約能耗。在大規(guī)格的管道上應(yīng)盡量使用插入式流量計，以節(jié)約成本。

3 結(jié)語

以上介紹了一些工業(yè)控制中常用到的流量計類型以及選型方法。在工廠的實(shí)際應(yīng)用中，儀表的選型比較紛繁，應(yīng)在眾多品種中揚(yáng)長避短，選擇較為合適的儀表。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)已在流量計上得到應(yīng)用，不久的將來各種新型流量計將會應(yīng)運(yùn)而生，也將會給工業(yè)儀表應(yīng)用帶來新的革命！

參考文獻(xiàn)
[1]黃德民.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
[2]樂嘉謙.儀表工手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.
[3]賈云飛，張濤，張清鵬.渦街流量計與孔板流量計壓力損失的比較研究[J].計量學(xué)報，2008，29（2）.
[4]孫延祚.流量儀表的合理選型[J].工業(yè)計量，2007，17（4）.
金屬管浮子流量計是工業(yè)自動化過程控制中常用的一種變面積流量測量儀表。它具有體積小，檢測范圍大，使用方便等特點(diǎn)。它可用來測量液體、氣體以及蒸汽的流量，特別適宜低流速小流量的介質(zhì)流量測量。
金屬管浮子流量計的使用須知
1.金屬管浮子流量計是一款精密的流量儀表，在運(yùn)輸、安裝的時候一定要輕拿輕放，不要使用蠻力，也不要隨便亂放。要保證指示器和傳感器的相對位置不能改變，如果相對位置發(fā)生改變，必然會影響到測量的精度、
2.流量計需要及時進(jìn)行清洗。在長期使用過程中，管道不可避免要有鐵磁性物質(zhì)吸附在浮子上，如果雜質(zhì)過多，會裝浮子卡死或影響測量精度，所以要對流量計的傳感器進(jìn)行清洗。如果流量計的入口處裝有磁過濾器，也要對磁過濾器定期清洗。清洗時必須將流量計或過濾器從管道上卸下來。
3.對電遠(yuǎn)傳及帶報警限位開關(guān)的流量計在使用前，打開儀表蓋，按接線圖正確接線。對于報警型的旋松限位開關(guān)處的螺絲，用戶根據(jù)需要設(shè)定限位報警位置，并旋緊螺絲，復(fù)原合使用。
4.用戶使用時，若被測流體的密度與水不同時，或被測氣體的參數(shù)和工作狀態(tài)與制造廠家規(guī)定不同時應(yīng)對流量計示值讀數(shù)進(jìn)生換算。
如何正確處理液體流量計均勻混合問題

　　液體流量計物性中有三種因素會使輸出晃動。它們是：液體的電導(dǎo)率接近下限值；液體中含有固相顆?；驓馀?；雙組分液體中二種液體電導(dǎo)率不同而未均勻混合，或管道化學(xué)反應(yīng)尚未完全完成。

　　1.液體電導(dǎo)率若接近下限值會出現(xiàn)晃動現(xiàn)象。

　　因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測量的最低值，而實(shí)際條件不可能都很理想。有時就會遇到測量低度蒸餾水或去離子水，其電導(dǎo)率接近電磁流量計規(guī)范規(guī)定的下限值5×10－6S/cm，使用時卻出現(xiàn)輸出晃動。通常認(rèn)為能穩(wěn)定測量的電導(dǎo)率下限值要高1～2個數(shù)量級。

　　液體電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊，缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)則可取樣用電導(dǎo)率儀測定，但有時候也有從管線上取樣去實(shí)驗(yàn)室測定認(rèn)為可用，而實(shí)際電磁流量計不能工作的情況。這是由于測電導(dǎo)率時的液體與管線內(nèi)液體已有差別，譬如液體已吸收了大氣中CO2或NOX生產(chǎn)碳酸或硝酸，改變了電導(dǎo)率。對于含有顆?；蚶w維液體產(chǎn)生的噪聲漿液，采取提高激磁頻率能有效地改善輸出晃動。

　　2.被測液體含有較多固體顆粒會像氣泡一樣，使流量信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀噪聲等，造成輸出晃動。固相若是粉狀通常則不會形成輸出晃動。

　　在精細(xì)化工業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)和給水處理工程經(jīng)常在液內(nèi)加藥液，而藥液通常是由往復(fù)泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入藥液后的主液呈現(xiàn)有藥液段和無藥液段相間隔的段列，若兩種電導(dǎo)率不同的液體沒有混合均勻，其下游測量流量的電磁流量計輸出就會呈現(xiàn)晃動。出現(xiàn)這種情況應(yīng)將加液點(diǎn)移至下游，或?qū)㈦姶帕髁坑嬕浦良右狐c(diǎn)移至下游，或?qū)㈦姶帕髁坑嬕浦良右狐c(diǎn)上游；如果受現(xiàn)場條件限制或嫌改裝工程量大，亦可在加液點(diǎn)下游裝混合器補(bǔ)救之。但裝靜態(tài)混合器后液流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流，有可能造成1％或以上的額外附加誤差。然而與輸出晃動無法測量相比，是權(quán)衡兩弊取其輕的措施。

　　3.若混合液在管道內(nèi)化學(xué)反應(yīng)未結(jié)束就進(jìn)入電磁流量計測量，也有可能出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象。這種情況下只能改變測量點(diǎn)位置，務(wù)使測量位置在混合點(diǎn)上游或遠(yuǎn)離混合段的下游。然而原理混合段的相隔距離需要很長。

標(biāo)簽: 液體流量計
液體流量計 如何正確處理液體流量計均勻混合問題_液體流量計

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