目前最常用流量計分類法,主要有:差壓式流量計、容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計質(zhì)量流量計等分別簡述各種流量計的原理及特點。 2. 差壓式流量計: C# p# {) l+ u7 `( K"
差壓式流量計是通過安裝于是工業(yè)管道中流量檢測元件產(chǎn)生的差壓,將已知流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計差壓式流量計算流量計。* h; R L8 n: a6 W; T
差壓式流量計由一次檢測件及二次儀表(差壓轉(zhuǎn)換器或變送器和流量顯示儀表)組成。以檢測件形式劃分差壓式流量計分類,有孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。二次儀表為各種機械、電子、機電一體式差壓式流量計、差壓變送器及流量顯示儀表。差壓式流量儀表是流量儀表大家族中應用最廣泛的一中流量儀表,目前國內(nèi)外已系列化、通用化、標準化,差壓式流量計既可單獨測量流量參數(shù),也可測量其它參數(shù)(壓力、物位、密度)等。差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水利阻力、動壓頭式、動壓頭增益及射流式、以及離心式等幾大類。
檢測件有標準化型式或非標準兩大類。標準型檢測元件是以標準文件設計、制造、安裝和使用,無需經(jīng)實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。而非標型檢測元件一般尚未列入國際標準中檢測元件。差壓式流量計也是應用最廣泛的一種流量儀表,在各種流量計使用量中占據(jù)首位。5 w) m6 p- B9 l5 N
主要優(yōu)點是:(1)應用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長;(2)應用范圍廣泛,至今尚無任何一流量計可與之比擬;(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。
主要缺點是:(1)測量精度普遍偏低:(2)范圍度窄,一般僅3:1~4:1;(3)現(xiàn)場安裝條件要求高;(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。* }1 m, E6 y! J. M5 I0 k$ ^- ~8 \/ u
3. 容積式流量計1 O0 ], H) X4 Y$ Q0 X6 u1 f$ J
容積式流量計,又稱定排量流量計,簡稱PD流量計,在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。
容積式流量計按其測量元件分類:有橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、濕式氣體計及膜盒式氣體計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計等。5 r6 P8 @9 |6 D9 o" k9 n%
主要優(yōu)點:(1)計量精度高;(2)安裝管道條件對計量精度沒有影響;(3)可用于高粘度液體的測量;(4)范圍度寬;(5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。7 W4 v! R; {5 g' b3 m/ i; n
主要缺點:(1)結(jié)果復雜,體積龐大;(2)被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大;(3)不適用于高、低溫場合;(4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體;(5)產(chǎn)生噪聲及振動。 4. 浮子流量計
浮子流量計,又稱轉(zhuǎn)子流量計,是變面積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。
浮子流量計是繼差壓式流量計之后應用較廣泛的一類流量計,適用于微小流量監(jiān)測。/ P t2Q8 b+ a
主要優(yōu)點:(1)結(jié)構(gòu)簡單,使用方便;(2)適用于小管徑和低流速;(3)壓力損失較低。缺點:耐壓力低,有玻璃管易碎。 5. 渦輪流量計
渦輪流量計是屬于速度式流量計中主要品種,它的結(jié)構(gòu)由多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感應流體平均流速,從而計量出流量或總流量的儀表。其結(jié)構(gòu)由傳感器和顯示儀兩部分組成,有分體式和一體式兩種。
渦輪流量計和容積式流量計、科奧利質(zhì)量流量計統(tǒng)稱為流量計中三類重復性、精度最佳的品種。目前已朝多品種,多系列化發(fā)展。
主要優(yōu)點:(1)精度高,在所有流量計儀表中屬于最精確的流量儀表;(2)重復性好;(3)無零點漂移,抗干擾性好;(4)測量范圍度寬;(5)結(jié)構(gòu)緊湊。
主要缺點:(1)不能長期保持校準特性;(2)流體物性對流量特性影響較大。& j3 Z3 @& ]# C+ 6. 渦銜流量計
渦銜流量計的結(jié)構(gòu)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,當流體在游渦發(fā)生體兩側(cè)交替分離釋放出兩串規(guī)則交錯排列的游渦的儀表。' [: w/ K3 t6 h3 v+ Y: ?7 a: E
渦銜流量計一般按頻率檢出方式,劃分有:應力式、應變式、電容式、熱敏式、光電式及超聲波式、振動式等。) U: O2 ^; q9 ?- i$ ~
渦銜流量計屬于國內(nèi)外新型流量儀表。
主要優(yōu)點:(1)結(jié)構(gòu)簡單牢固;(2)適用于多流體種類的場合流量;(3)有較高測量精度;(4)測量范圍度寬,且壓損小。
主要缺點:(1)不適應于低雷諾數(shù)流體測量;(2)需較長直管段;(3)與渦輪流量計相比,儀表系數(shù)較低。 7. 電磁流量計
電磁流量計由傳感器及轉(zhuǎn)換器及顯示器等部分組成,電磁流量計根據(jù)法拉第電磁感應定律制成的一般測量導電流體的流量儀表。 E5 g- ?1 A2 B0 R; [6 l8 c7 o
電磁流量計具有其它流量計不能比擬獨特優(yōu)勢,特別適用如臟污流體及腐蝕流體的測量。電磁流量計在70-80年代 由于電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域廣泛應用的流量監(jiān)測儀表。
主要優(yōu)點:(1)由于測量通道是段光滑直管,不會阻塞,特別適用于固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、污水、泥漿等;(2)無壓損,節(jié)能效果好;(3)不受流體的濕度、密度、粘度、壓力和電導率變化影響;(4)流量范圍大,口徑范圍寬;(5)適用于腐蝕性流體的測量。 主要缺點:(1)不適用測量由釋放的石油制品流體;(2)不適用氣體、蒸汽及含有較大氣泡的液體;(3)不適用高溫場合。 8. 超聲波流量計
流量計類型及原理
一、按測量原理分類
(1)力學原理:屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式;利用動量定理的沖量式、可動管式;利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式;利用流體動量原理的靶式;利用角動量定理的渦輪式;利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式;利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
(2)電學原理:用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。 (3)聲學原理:利用聲學原理進行流量測量的有超聲波式.聲學式(沖擊波式)等。 (4)熱學原理:利用熱學原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。 (5)光學原理:激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。
(6)原于物理原理:核磁共振式、核幅射式等是屬于此類原理的儀表.
(7)其它原理:有標記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。 二、按流量計結(jié)構(gòu)原理分類
按當前流量計產(chǎn)品的實際情況,根據(jù)流量計的結(jié)構(gòu)原理,大致上可歸納為以下幾種類型:
1.容積式流量計
容積式流量計相當于一個標準容積的容器,它接連不斷地對流動介質(zhì)進行度量。流量越大,度量的次數(shù)越多,輸出的頻率越高。容積式流量計的原理比較簡單,適于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同,目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分:適于測量液體流量的橢圓齒輪流量計、腰輪流量計(羅茨流量計)、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計;適于測量氣體流量的伺服式容積流量計、皮膜式和轉(zhuǎn)簡流量計等. 2.葉輪式流量計
葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中,受流體流動的沖擊而旋轉(zhuǎn),以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計,其結(jié)構(gòu)可以是機械傳動輸出式或電脈沖輸出式。一般機械式傳動輸出的水表準確度較低,誤差約±2%,但結(jié)構(gòu)簡單,造價低,國內(nèi)已批量生產(chǎn),并標準化、通用化和系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準確度較高,一般誤差為±0.2%一0.5%。 3.差壓式流量計(變壓降式流量計)
差壓式流量計由一次裝置和二次裝置組成.一次裝置稱流量測量元件,它安裝在被測流體的管道中,產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差,供二次裝置進行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號,并將其轉(zhuǎn)換為相應的流量進行顯示.差壓流量計的一次裝置常為節(jié)流裝置或動壓測定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀表.差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系,故流量顯示儀表都配有開平方裝置,以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設有流量積算裝置,以顯示累積流量,以便經(jīng)濟核算。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久,比較成熟,世界各國一般都用在比較重要的場合,約占各種流量測量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測量都采用這種表計。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分:孔板流量計、楔形流量計、文丘里管流量計、平均皮托管 4.變面積式流量計(等壓降式流量計)
放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動的流體的作用力而移動。當此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時,俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計的通流截面積隨浮子高度不同而異,而浮子穩(wěn)定不動時上下部分的壓力差相等,因此該型流量計稱變面積式流量計或等壓降式流量計。該式流量計的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計。 5.動量式流量計
利用測量流體的動量來反映流量大小的流量計稱動量式流量計.由于流動流體的動量P與流體的密度 及流速v的平方成正比,即p v2,當通流截面確定時,v與容積流量Q成正比,故p Q2。設比例系數(shù)為A,則Q=A 因此,測得P,即可反映流量Q.這種型式的流量計,大多利用檢測元件把動量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等,然后測量流量。這種流量計的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動翼板式流量計。 6.沖量式流量計
利用沖量定理測量流量的流量計稱沖量式流量計,多用于測量顆粒狀固體介質(zhì)的流量,還用來測泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測量范圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計,其測量原理是當被測介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角 的檢測板上產(chǎn)生一個沖力,沖力的水平分力馬質(zhì)量流量成正比,故測量這個水平分
力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(九)的檢測方式,該型流量計分位移檢測型和直接測力型。
7.電磁流量計
電磁流量計是應用導電體在磁場中運動產(chǎn)生感應電動勢,而感應電動勢又和流量大小成正比,通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量??蓽y最大管徑達2m,而且壓損極小。但導電率低的介質(zhì),如氣體、蒸汽等則不能應用。 電磁流量計造價較高,且信號易受外磁場干擾,影響了在工業(yè)管流測量中的廣泛應用。為此,產(chǎn)品在不斷改進更新,向微機化發(fā)展. 8.超聲波流量計
超聲波流量計是基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在70年代才出現(xiàn),但由于它可以制成非接觸型式,并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量,對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力,所以很受歡迎,是一種很有發(fā)展前途的流量計。
超聲波流量計的分類:1 多譜勒式超聲波流量計:換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號,經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?;驓馀莺?,頻率發(fā)生偏移,以f2的頻率反射到換能器2,這就是多譜勒將就,f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。設流體流速為v,超聲波聲速為c,多譜勒頻移fd正比于流體流速v。當管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后,c、f1、θ即為常數(shù),流體流速和多譜勒頻移成正比,通過測量頻移就可得到流體流速,進而求得流體流量。2時差式超聲波流量計: 時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。 9.流體振蕩式流量計
流體振蕩式流量計是利用流體在特定流道條件下流動時將產(chǎn)生振蕩,且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設計的.當通流截面一定時,流速與導容積流量成正比。因此,測量振蕩頻率即可測得流量.這種流量計是70年代開發(fā)和發(fā)展起來的.由于它兼有無轉(zhuǎn)動部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點,很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計、旋進旋渦流量計。 10.質(zhì)量流量計
由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響,用容積流量表示流量大小時需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下,往往難以達到這一要求,而造成儀表顯示值失真。因此,質(zhì)量流量計就得到廣泛的應用和重視。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進行測量,目前常用的有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計。間接式質(zhì)量流量計是用密度計與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。
還有適用于明渠測流的各種堰式流量計、槽式流量計;適于大口徑測流的插入式流量計;測量層流流量的層流流量計;適于二相流測量的相關(guān)法流量計;以及激光法、核磁共振法流量計和多種示蹤法、稀釋法測流等