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

時(shí)間：2020-07-29    來(lái)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(jiàn)的測(cè)量對(duì)象，但由于流量計(jì)的類(lèi)型繁多，對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)類(lèi)型，討論了其測(cè)量原理及主要特。針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的不同應(yīng)用要求，總結(jié)了流量計(jì)的選型方法和要點(diǎn)。
關(guān)鍵字： 流量計(jì) 流量測(cè)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(lèi)繁多的流量計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)人員選型造成了一定的難度。流量計(jì)按測(cè)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(lèi)型的流量計(jì)其特點(diǎn)也略有不同，需針對(duì)不同的測(cè)量領(lǐng)域、不同的測(cè)量介質(zhì)、不同的工作范圍，選擇不同種類(lèi)、不同型號(hào)的流量計(jì)，以取得更好的測(cè)量效果。本文以幾種常用的流量計(jì)為例，介紹流量計(jì)的測(cè)量原理以及主要選型特點(diǎn)。

1 流量計(jì)介紹

1.1 孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)是常用的一種流量計(jì)，屬于差壓式流量計(jì)，以流動(dòng)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(guò)管道內(nèi)節(jié)流元件時(shí)（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)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(jì)原理

計(jì)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(jì)一般由節(jié)流裝置（節(jié)流件、測(cè)量管、直管段、流動(dòng)調(diào)整器、取壓管路）和差壓流量計(jì)組成，對(duì)工況變化準(zhǔn)確度要求高的場(chǎng)合則需配置壓力計(jì)（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(jiǎn)單，牢固，性能穩(wěn)定可靠。
（2）價(jià)格低廉。
（3）應(yīng)用廣泛，液、氣、蒸汽皆可測(cè)量。
（4）準(zhǔn)確度不高，壓損大。

1.2 渦街流量計(jì)

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(jì)原理

漩渦列在漩渦發(fā)生體下游非對(duì)稱(chēng)地排列，設(shè)漩渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)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(jì)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(jì)儀表系數(shù)；
ρ——流體密度。

當(dāng)測(cè)量氣體流量時(shí)，渦街流量計(jì)的流量計(jì)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(jiǎn)單，維護(hù)方便。
（2）適用流體種類(lèi)多，液、氣、蒸汽皆可測(cè)量。
（3）準(zhǔn)確度較高，測(cè)量范圍寬，壓損小。
（4）不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量。
（5）抗干擾能力差。

1.3 電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)的原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，它是一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的體積流量?jī)x表。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁力線，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，利用右手定則即可確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖3所示。計(jì)算式如下：


圖3 電磁流量計(jì)原理

式中

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

式中

主要特點(diǎn)：

（1）沒(méi)有阻流元件，不會(huì)堵塞，適用于帶有懸浮物、固體顆粒的液體和污水的測(cè)量。
（2）沒(méi)有附加壓力損失，節(jié)約能耗。
（3）儀表測(cè)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(chǎng)合。

1.4 均速管流量計(jì)

均速管流量計(jì)（國(guó)外稱(chēng)Annbar、Torbar、Probar、Verabar、Itabar……等），是基于皮托管測(cè)速原理，以測(cè)管道中直線上幾個(gè)點(diǎn)的流速來(lái)推算流量的一種插入式流量?jī)x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(dòng)方向有成對(duì)的測(cè)壓孔，一般有三對(duì)，其外形似笛子。迎流面的多點(diǎn)測(cè)壓孔測(cè)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(kāi)孔，與靜壓管相通，引出靜壓p2。利用全壓與靜壓之差來(lái)計(jì)算流速，其計(jì)算式為：


圖4 均速管流量計(jì)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(cè)流體密度；
Δp——差壓，Δp=p1-p2。

主要特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)度不足時(shí)，準(zhǔn)確度難以高于±2%～±3%，不宜作為計(jì)量?jī)x表。
（5）易于堵塞，要求流體潔凈。

1.5 平衡流量計(jì)

平衡流量計(jì)（balancedflowmeter，BFM）是一種新型的流量計(jì)，是美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）下屬馬歇爾航空飛行中心（NASA-MSFC）針對(duì)航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)液氧測(cè)量而設(shè)計(jì)發(fā)明的一種新型流量計(jì)，由A+FlowTek公司生產(chǎn)，亦稱(chēng)為A+K平衡流量計(jì)，如圖5所示。


圖5 平衡流量計(jì)原理

A+K平衡流量計(jì)（BFM）對(duì)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(gè)多孔的圓盤(pán)節(jié)流整流器，安裝在管道的截面上，每個(gè)孔的尺寸和分布基于獨(dú)特的公式和測(cè)試數(shù)據(jù)定制，稱(chēng)為函數(shù)孔。當(dāng)流體穿過(guò)圓盤(pán)的函數(shù)孔時(shí)，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(guò)標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置，可獲得穩(wěn)定的差壓信號(hào)，再根據(jù)伯努利方程可計(jì)算出體積流量、質(zhì)量流量。

主要特點(diǎn)：

（1）測(cè)量精度高，其測(cè)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(cè)量氣體、液體、蒸汽等各種介質(zhì)。

2 關(guān)于流量計(jì)的選型

首先，必須熟悉儀表和被測(cè)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(cè)量方法和儀表。然后，按照以下幾個(gè)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(duì)精度的高低以及儀表的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行大概的過(guò)濾。例如孔板的測(cè)量精度較差，相對(duì)來(lái)說(shuō)質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量精度較高。因此在選型時(shí)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(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，孔板等差壓流量計(jì)對(duì)于黏稠液體的測(cè)量效果不佳；均速管類(lèi)儀表一般測(cè)量潔凈的氣體或液體，對(duì)于介質(zhì)的潔凈程度有較高要求；電磁流量計(jì)用于測(cè)量可導(dǎo)電的介質(zhì)，但是對(duì)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?chē)臻g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(chǎng)環(huán)境考慮，要考慮到現(xiàn)場(chǎng)的溫度對(duì)儀表的影響，是否有電磁干擾，是否存在震動(dòng)，例如渦街流量計(jì)，這種對(duì)環(huán)境要求比較高的流量計(jì)，在周?chē)懈蓴_和震動(dòng)的場(chǎng)合就不宜使用。最后，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，比如平衡流量計(jì)，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(jì)，以節(jié)約成本。

3 結(jié)語(yǔ)

以上介紹了一些工業(yè)控制中常用到的流量計(jì)類(lèi)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(zhǎng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)已在流量計(jì)上得到應(yīng)用，不久的將來(lái)各種新型流量計(jì)將會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，也將會(huì)給工業(yè)儀表應(yīng)用帶來(lái)新的革命！

參考文獻(xiàn)
[1]黃德民.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
[2]樂(lè)嘉謙.儀表工手冊(cè)[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(jì)與孔板流量計(jì)壓力損失的比較研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2008，29（2）.
[4]孫延祚.流量?jī)x表的合理選型[J].工業(yè)計(jì)量，2007，17（4）.
金屬管浮子流量計(jì)是工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制中常用的一種變面積流量測(cè)量?jī)x表。它具有體積小，檢測(cè)范圍大，使用方便等特點(diǎn)。它可用來(lái)測(cè)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(cè)量。
金屬管浮子流量計(jì)的使用須知
1.金屬管浮子流量計(jì)是一款精密的流量?jī)x表，在運(yùn)輸、安裝的時(shí)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(duì)位置不能改變，如果相對(duì)位置發(fā)生改變，必然會(huì)影響到測(cè)量的精度、
2.流量計(jì)需要及時(shí)進(jìn)行清洗。在長(zhǎng)期使用過(guò)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(guò)多，會(huì)裝浮子卡死或影響測(cè)量精度，所以要對(duì)流量計(jì)的傳感器進(jìn)行清洗。如果流量計(jì)的入口處裝有磁過(guò)濾器，也要對(duì)磁過(guò)濾器定期清洗。清洗時(shí)必須將流量計(jì)或過(guò)濾器從管道上卸下來(lái)。
3.對(duì)電遠(yuǎn)傳及帶報(bào)警限位開(kāi)關(guān)的流量計(jì)在使用前，打開(kāi)儀表蓋，按接線圖正確接線。對(duì)于報(bào)警型的旋松限位開(kāi)關(guān)處的螺絲，用戶根據(jù)需要設(shè)定限位報(bào)警位置，并旋緊螺絲，復(fù)原合使用。
4.用戶使用時(shí)，若被測(cè)流體的密度與水不同時(shí)，或被測(cè)氣體的參數(shù)和工作狀態(tài)與制造廠家規(guī)定不同時(shí)應(yīng)對(duì)流量計(jì)示值讀數(shù)進(jìn)生換算。
如何正確處理液體流量計(jì)均勻混合問(wèn)題

　　液體流量計(jì)物性中有三種因素會(huì)使輸出晃動(dòng)。它們是：液體的電導(dǎo)率接近下限值；液體中含有固相顆?；驓馀荩浑p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(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)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(cè)量的最低值，而實(shí)際條件不可能都很理想。有時(shí)就會(huì)遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水，其電導(dǎo)率接近電磁流量計(jì)規(guī)范規(guī)定的下限值5×10－6S/cm，使用時(shí)卻出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。通常認(rèn)為能穩(wěn)定測(cè)量的電導(dǎo)率下限值要高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　液體電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊(cè)，缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)則可取樣用電導(dǎo)率儀測(cè)定，但有時(shí)候也有從管線上取樣去實(shí)驗(yàn)室測(cè)定認(rèn)為可用，而實(shí)際電磁流量計(jì)不能工作的情況。這是由于測(cè)電導(dǎo)率時(shí)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(duì)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(dòng)。

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

　　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(wú)藥液段相間隔的段列，若兩種電導(dǎo)率不同的液體沒(méi)有混合均勻，其下游測(cè)量流量的電磁流量計(jì)輸出就會(huì)呈現(xiàn)晃動(dòng)。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?jì)移至加液點(diǎn)移至下游，或?qū)㈦姶帕髁坑?jì)移至加液點(diǎn)上游；如果受現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)無(wú)法測(cè)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(jì)測(cè)量，也有可能出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。這種情況下只能改變測(cè)量點(diǎn)位置，務(wù)使測(cè)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(zhǎng)。

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

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