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大管道氣體流量檢測儀表 檢測儀技術(shù)指標(biāo)

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
工程中口徑大于 300mm 的管道普遍采用取樣原理、插入安裝
方式,僅測取管道中一點或多點的流速來推算流量的插入式流量計,這類儀表的共同特點是:結(jié)構(gòu)簡單、安裝維修方便、價格低廉、重復(fù)性好,是工控系統(tǒng)中檢測大管道氣體流量性價比較高的儀表,一般精確度不高,不宜用于需要準(zhǔn)確計量的貿(mào)易結(jié)算。因其原理均為取樣性質(zhì),所以首先要了解管道內(nèi)的流速分布,這樣才能正確選定檢測點的位置及數(shù)量。

一 工業(yè)管流

1. 千變?nèi)f化的管內(nèi)流速分布

管道中安裝的形形色色的管配件(如閥門、彎頭、歧管、變徑管、過濾器等),由于它們的形式及組合方式極多,所引起的管內(nèi)流速分布也千變?nèi)f化,難以估計。而絕大多數(shù)流量儀表的精確度都與流速分布有關(guān),它的校驗所處的流場應(yīng)與實用條件的流場一致,校驗的系數(shù)才有意義。這個流場被公認(rèn)為充分發(fā)展紊流,只要管道具有較長的直管段就可以得到。

2. 充分發(fā)展紊流

因?qū)嶋H流體均有粘性,在流動過程中會帶動或制約相鄰層面的流體,這種作用經(jīng)過約30D(D 為管內(nèi)徑)直管段長度,其流速分布將不再變化,如雷諾數(shù)Re<2000 為層流;Re>4000為紊流。工業(yè)中多為紊流,即充分發(fā)展紊流。

近百年來不少科學(xué)家對充分發(fā)展紊流進行了大量地測試與描述。其中以Nikaradse 的光滑管充分發(fā)展紊流公式較為簡單,它近似地表達為:

式中,Vi—任一點流速;Vm—中心最大流速;y—流速點距主管壁的距離;R—
管道半徑;n—為指數(shù),與Re 有關(guān)。

通過式(1)可推導(dǎo)出光滑管充分發(fā)展紊流的平均流速點

由式(2)可知,圓管內(nèi)的平均流速點取決于3 個因素:直管段長度;雷諾數(shù)Re;粗糙度ε。

因此,它的位置并非固定不變,這不像有些廠商所宣傳,僅測管道一點的流速即可達到±1.0%的流量精確度,按ISO7145 評估,在滿足上述三個條件下其精確度也只能達到±3%如果直管段較短,流量精確度甚至不足±(5~10)%。

3. 流動調(diào)整器

要準(zhǔn)確地測量流量,須具有較長直管段長度,而實際現(xiàn)場往往無法滿足。為此,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織曾多次推薦采用10 余種類型的流動調(diào)整器,但筆者認(rèn)為這并非上策,因為:(1)增加成本,一臺流動調(diào)整器的價格不亞于一臺流量計;(2)需經(jīng)常清洗,加大維修量;(3)效果好的流動調(diào)整器永久壓損大,增加運行成本;(4)易于堵塞,即使部分堵塞也改變了流速分布,無法提高精確度。

二 插入式氣體流量檢測儀表

在我國倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會的前提下,本文所介紹的大管道氣體流量檢測儀表排除了壓損大運行費過高的節(jié)流裝置,和價格過高的氣體超聲波流量計,僅限于介紹性價比較高,以取樣原理的插入式流量儀表,按其取點方式可分為3 大類。

1. 測點速

凡可測流速的儀表插入管道均可成為流量計。較為通用的有以下幾種:

(1)雙文丘里管

早 于 40 年前,美國Taylar 公司已有產(chǎn)品推向市場,稱皮托一文丘里管(Pitot Venturi Tube)(見圖1)。國內(nèi)不少火電廠曾仿制應(yīng)用于風(fēng)量測量稱“小喇叭管”。近10 多年,國內(nèi)廠商按此原理推出產(chǎn)品,稱為雙文丘里管,區(qū)別僅是前者高壓取自支持桿,而后者取自管壁,在同樣流量下,后者輸出差壓將略小于前者。其原理特點是利用外文丘里管喉部加速產(chǎn)生低壓P2,而將內(nèi)文丘里管的尾部置于外文丘里管的喉部低壓區(qū),促使內(nèi)文丘里管的喉部產(chǎn)生更低的低壓P2’,因而在同樣的流量下可獲得更大的輸出差壓,較適用于大管道的低流速氣體流量測量,由于它僅測一點流速,管道中流速分布對其影響很大,因而精確度較低。目前市場上還有一種三文丘里管,它在雙文丘里管內(nèi)再安裝一個文丘管,企圖獲得更大的差壓,當(dāng)尺寸較小時,附面層的作用將呈現(xiàn)出來,制約了這種加速降壓效果,且?guī)砹私Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、系數(shù)不穩(wěn)定的負(fù)面影響,不宜倡導(dǎo)。

(2)熱式

利用傳熱原理,以熱電阻為敏感元件,當(dāng)流速高時將帶走更多的熱量,降低了熱電阻溫度,改變了電阻值,通過電阻值的變化了解流速大小及流量值。其最大特點是可測低于5m/s的流速。傳熱與流體質(zhì)量有關(guān),因此所測質(zhì)量流量,不足是氣體溫度一般要低于200℃,響應(yīng)時間在1s 以上,流體成分影響測量,精確度較低。

(3)其他

皮托管、插入式渦街、渦輪,均可用于測流量。皮托管可用于工業(yè)現(xiàn)場校驗,很少作為工業(yè)儀表;插入式渦街在低速及管道有振動時,工作不可靠;插入式渦輪由于有轉(zhuǎn)動件維修量大。這些儀表近年來市場占有量都呈較大的下降趨勢。

有些廠商稱這類儀表在風(fēng)洞中標(biāo)定過,但那僅是標(biāo)定流速不是流量,流量精確度不太可能達到他們宣傳的±1%。

2. 測線速

以測管道中分布在一條線上的多點流速來推算流量,較上述測單點的準(zhǔn)確。安裝穩(wěn)定、可靠。在工控系統(tǒng)中檢測大管道氣體流量,常為儀表,較典型的為均速管流量計。

(1)差壓式均速管流量計

以皮托管測速原理為基礎(chǔ),當(dāng)直管道足夠長時管內(nèi)流速分布為充分發(fā)展紊流,等速線為同心圓,因此有可能僅測直徑上幾點流速即可反映整個截面的流速分布。一般在檢測桿迎流向有數(shù)對總壓檢測孔,所測總壓平均后也傳至變送器,其輸出差壓的平方根與流量成正比。30 多年來已成為大管道氣體流量檢測的儀表,其改進多限于檢測桿的形狀、測點數(shù)量?,F(xiàn)分述如下:

(a)圓形:上世紀(jì)60 年代末期,由美國DSI(Dieterich Standard Inc)公司推出,因“阻力危機”現(xiàn)象,早于20 多年前被淘汰。

(b)菱型-Ⅰ型:1978 年由DSI 公司推出,解決了“阻力危機”帶來的流量系數(shù)不穩(wěn)定的問題,但是背壓通過一個內(nèi)徑約3mm 的細(xì)管引至變送器,使用中發(fā)現(xiàn)背壓孔易于堵塞的缺點。

(c)托巴管:這種結(jié)構(gòu)曾在西歐風(fēng)行一時,檢測桿基本上仍采用圓形,僅在中部背壓孔附近一段銑為六角形,促使流體分離點固定以解決阻力危機問題,它不僅存在菱形-Ⅰ型背壓孔易堵問題,而且由于在一個檢測桿存在兩個不同的截面形狀,流體壓力分布不同還會引起橫向流動。

(d)機翼、橢圓型:設(shè)計這兩種截面形狀的目的都是為了減少迎風(fēng)阻力,其實無論那種均速管永久壓損都僅只有幾十帕,可以忽略不計。這類截面形狀都使其輸出差壓減少。

(e)菱形-Ⅱ組合式:1984 年由DSI 公司推出,它由一個菱形,兩個三角形型材組合而成,迎流向有3~5 對總壓孔,背流向?qū)?yīng)有3~5 對靜壓孔,以適應(yīng)當(dāng)Re 變化時,流速分布在靠壁面變化較大的情況。這種結(jié)構(gòu)因型材公差較大,當(dāng)溫度變化時,過盈易泄漏;太緊初始應(yīng)力過大削弱了強度,現(xiàn)已逐漸淘汰。

(f)菱形-Ⅱ一體式:90 年代初相繼由德國IA 公司及Systec 公司推出分別稱為Itabar 及Deltaflow,結(jié)構(gòu)特點是用中隔板將高低壓分隔為兩個空腔;當(dāng)強度要求較高時也可在實心棒材鉆兩個深孔,組成兩個壓力空腔,采用的材料多達10 余種,因而可承受更惡劣的工況,溫度高達1200℃,壓力限可達69MPa,也可用于強腐蝕介質(zhì),我國已可生產(chǎn),價格較國外產(chǎn)品低廉不少。

(g)彈頭型:1992 年由美國Veris 公司研制推出稱Verabar(威力巴)。主要特點檢測桿截面形狀為彈頭型,頭部作了粗糙處理(粗糙度x/ks~200),但在檢測桿表面形成紊流附面層從而推高精確度,其影響不到千分之一。而由于靜壓取自兩側(cè),輸出差壓較其他均速管小30~50%,難以應(yīng)用于低流速低密度場合,此外由于取壓孔較小,當(dāng)流體含有粉塵、油污、凝折物、纖維等時,易于堵塞。

(h)T 型:2001 年由DSI 公司推出,稱Annubar-485,檢測桿橫截面為T 型,正對流向有兩排密集約2mm 的小孔(或直接用細(xì)縫代替)。廠家宣稱由于總壓取壓孔幾乎占整個直徑的85%,因而可以獲取更多的流速分布信息,精確度可達到?.75%,這種構(gòu)思上世紀(jì)80 年代即有專利介紹,并未進入實用,如果直管段長度不足,不能獲得充分發(fā)展紊流,僅測直徑上多點流速并不能反映整個管道的流速分布;如果達到了充分發(fā)展紊流,也只需測幾點流速即可較充分反映,無需用這么多測點。

(2)熱式均速管流量計

原理與上節(jié)測單點熱式相同,只是在結(jié)構(gòu)上為多點,反映管道內(nèi)多點的流速分布,以此推算流量。

比較上述兩種均速管流量計,熱式優(yōu)點在于靈敏度高,可測低速低溫流體流量,而且直接反映的是流速;而差壓式所測總壓在檢測桿內(nèi)平均后,由于流動復(fù)雜,混合后傳出的總壓未必是平均流速的總壓,所以必須通過校驗用流量系數(shù)來修正。可以預(yù)計熱式均速管流量計如能改進提高其精確度,減小響應(yīng)時間,將會有較大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
3. 測截面多點流速

(1)機翼型流量計:是經(jīng)典文丘里管的改進型式,縮短了長度,仍較笨重。

(2)風(fēng)量裝置: 在管道截面中插入了多根檢測管,檢測管正對流向鉆有多個總壓孔,側(cè)面鉆多個靜壓孔,有較多的測點反映截面的流速分布,雖較機翼型輕巧,但不夠準(zhǔn)確。

(3)熱式均速管流量計:在管道中插入多根熱式均速管流量計,更全面反映管內(nèi)的流速分布,但每個熱電阻所反映的流速特性未必相同,校驗修正還有待改進。

(4)均速環(huán)流量計(圖2):它是針對均速管流量計應(yīng)用30 余年存在的輸出差壓小、精確度低,忽視管內(nèi)徑對精確度的影響等缺點推出的一項專利產(chǎn)品。它由雙文丘里管測低壓,提高了輸出差壓,用多根均速管充分反映了管內(nèi)的流速分布等一系列措施,改善均速管的技術(shù)特性,正引起國內(nèi)外廠商及用戶的關(guān)注。

三 影響精確度的因素

插入式流量計的流量計算公式

式中,A—管內(nèi)截面積;K—流量系數(shù);Δp—輸出差壓;ρ—流體密度;

其中,K=αβγkv

kv 為測量頭的流速系數(shù),它可以用風(fēng)洞標(biāo)定,但除此之外還有αβγ,用風(fēng)洞標(biāo)定無法確定。

(1)流速分布系數(shù)α,在充分發(fā)展紊流條件下,如光滑管平均流速點的位置應(yīng)為0.242R,但測量頭的位置并不一定處于這點上,如處于中心,則必需進行修正。α并非常數(shù),它還取決于粗糙度e 及Re 數(shù):

如 e=0.001,當(dāng)Re 從2×104~3×105 時,α的變化為2.8%;

當(dāng) Re=3×105 而e=0.001~0.002 時,α的變化為1.4%。

(2)阻塞系數(shù)β,插入式流量計必需具有測量頭、插入桿等,它將阻塞管內(nèi)的流動使通道變窄,流速加快,并干擾流速分布。

式中,d—測量頭外徑;h—插入桿伸入深度;B—插入桿橫截面寬度;D—管道內(nèi)徑。

當(dāng) S<0.02 時,阻塞很小可忽略不計,b≈1;

當(dāng) 0.02
當(dāng) S>0.06 時,β值需實流標(biāo)定。

(3)干擾系數(shù)γ,在直管段不足流量計處于非充分發(fā)展紊流時,必需用γ對流量系數(shù)進行修正。由于大管道在現(xiàn)場往往不具備有較長的直管段,無法得到充分發(fā)展紊流,流速分布千變?nèi)f化,很難建立足夠有效的數(shù)據(jù)庫可以引用,只有采用速度面積法進行現(xiàn)場校驗。

(4)從以上分析可知,測點速的插入式流量計αβ都可以基本做到心中有數(shù),而最困難的是干擾系數(shù)γ。

測線速的均速管流量計,由于它是測多點流速,可以反映充分發(fā)展紊流的流速分布,所以不存在流速分布系數(shù)α的問題;只要儀表定型橫截面寬度也就確定了,阻塞系數(shù)β也較容易解決,較困難的仍是干擾系數(shù)γ。

測截面的均速環(huán)流量計,在非充分發(fā)展紊流情況下,由于它可以反映截面上各種流速分布情況,干擾系數(shù)γ對其精確度的影響相對就小多了,但這個專利還僅是一種設(shè)想,是否實用應(yīng)有充分的試驗數(shù)據(jù),才更有說明力。

四 小結(jié)

(1)測量大管道氣體流量目前對工程界仍是一個較困惑的問題,除本文介紹的插入式外,還有超聲、彎管流量計等。從工控系統(tǒng)來說,測線速(或面速)插入式儀表性價比較高,但不宜用于準(zhǔn)確計量、貿(mào)易結(jié)算。

(2)流量儀表大多面臨一個校驗問題,有人提出在風(fēng)洞中校驗;也有人提出應(yīng)在充分發(fā)展紊流中校驗。問題是大管道現(xiàn)場能否提供以上這兩種流場?如無法提供,校驗是否有意義?又應(yīng)如何解決這個問題,筆者將另文闡述。

硬度測試儀是用于測量涂料的表面硬度的儀器。硬度計分為臺式硬度計、便攜式硬度計兩種,臺式硬度計主要用于實驗室使用,具有精度的優(yōu)點,便攜式硬度計試用于已安裝的機械或組裝部件、攜帶方便。便攜式硬度計集里氏、布氏、洛氏等便攜式硬度計,能實現(xiàn)7種硬度值的自由轉(zhuǎn)換,去除了以往硬度計需要人工查找硬度表進行煩索程序,實現(xiàn)了真正意義上的智能化、便攜化的。
使用注意
硬度測試儀用于測量涂料的表面硬度。在使用時需要注意以下事項:

壓頭的影響:布氏硬度的壓頭直徑增加,其硬度值減小,反之亦然如果所用小是鋼質(zhì)的,在施加載荷時本身也將發(fā)生彈勝和塑性形變,其對低硬度值誤差影響較大因此的壓頭直徑條件下進行測量。

試驗載荷力的影響:如果試驗載荷力增加,其測量的硬度就會降低,反之,硬度值就布氏硬度隨著載荷力的變化而變化。布氏硬度試驗的符合取決于祛碼的準(zhǔn)確度,施加載荷裝置的精確性和施加載荷力的正確性實踐表明,硬度值的相對誤差與載荷的相對誤差相關(guān)聯(lián)。所以要硬度值的測量精度,就要減小負(fù)荷誤差操作人員按照布氏硬度的基本原理進行操作,并且定期檢查和校準(zhǔn)布氏硬度計,在布氏硬度測試的件下進行測試。

樣品的溫度變化影響:溫度的變化會引起材料組織結(jié)構(gòu)的變化,而布氏硬度的測試受材料的組織結(jié)構(gòu)影響很大因此當(dāng)樣品的溫度時,布氏硬度值就會降低,反之,布氏硬度值就會所以,樣品的溫度和實驗室的溫度保持而在現(xiàn)實的測試工作中,小可能將現(xiàn)場環(huán)境溫度和樣品溫度都控制在所需要的試驗溫度條件范圍,規(guī)定來測量材料表面的布氏硬度其次,測量人員在測量樣品的硬度值之前,測量環(huán)境溫度,值時,就對所測量的硬度值進行溫度修正,以降低誤差。

壓痕直徑測量小雕確的影響:根據(jù)布氏硬度的計算公式可知,壓痕測量誤差對硬度值的誤差影響很大,所以壓痕測量的誤差是誤差的主要來源如果壓痕直徑測量值偏大,計算得出的硬度值將偏小,反之,硬度值將確值偏根據(jù)公式推導(dǎo),可以得出硬度值的相對誤差為壓痕測量相對誤差的2倍n為了減小誤差,保證測量壓痕直徑的顯微鏡的精確度,其次在條件允許時,應(yīng)選用大的載荷力來進行測量。因為痕直徑越大,相對誤差就越小

樣品質(zhì)量的影響:樣品的表面粗糙度、曲率和厚度都將對測量誤差發(fā)生影響。因為表面粗糙度對測量的壓痕尺寸影響般而言,表面越粗糙,測定的硬度值就會偏低樣品的厚度如果小夠也會導(dǎo)致測量的硬度值偏低。這時就需要對測量值進行修正。


  我們知道地球大氣層上有一層臭氧層,科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)臭氧層能吸收紫外線,研究表明臭氧僅對波長253.7nm的紫外線具有大吸收系數(shù),在此波長下紫外線通過臭氧會產(chǎn)生衰減,符合蘭波特--比爾定律。該方法已被美國等國家作為臭氧標(biāo)準(zhǔn)分析方法。該臭氧檢測儀就是采用紫外線吸收法的原理,用穩(wěn)定的紫外燈光源產(chǎn)生紫外線,用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光,只允許波長253.7nm通過。經(jīng)過樣品光電傳感器,再經(jīng)過臭氧吸收池后,到達采樣光電傳感器。通過樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號比較,再經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的計算,就能得出臭氧濃度大小。
 
  臭氧檢測儀就是采用紫外線吸收法的原理,用穩(wěn)定的紫外燈光源產(chǎn)生紫外線,用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光,只允許波長253.7nm通過。經(jīng)過樣品光電傳感器,再經(jīng)過臭氧吸收池后,到達采樣光電傳感器。通過樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號比較,再經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的計算,就能得出臭氧濃度大小。
 
  臭氧檢測儀主要是用于臭氧制備車間(臭氧發(fā)生器、臭氧廠房等)、化工、石油、造紙、紡織、制藥和香精香料工業(yè)、水處理、食品醫(yī)藥滅菌車間等場合 。
 
上海納進環(huán)??萍加邢薰?i>Monitor 4X便攜式高精度臭氧檢測儀產(chǎn)品特點:
 
  1、外觀精美,攜帶方便,測量,堅固耐用,本安型電路設(shè)計、安全可靠
 
  2、國外一線大廠提供的原裝進口臭氧傳感器,精度高,穩(wěn)定性強,誤差率小,直線性好
 
  3、PPM與mg/m3單位自由切換
 
  4、大尺寸超高清液晶彩屏,320X240分辨率,呈現(xiàn)各項檢測指標(biāo)
 
  5、 24位數(shù)據(jù)采集芯片+32位納米級微處理器,性能更強勁,反應(yīng)速度更快
 
  6、中英文操作界面可選,適用于所有人群使用;
 
  7、內(nèi)置德國THOMAS微型真空泵,噪音低,壽命長,氣流穩(wěn)定、持久
 
  8、全量程溫濕度補償和數(shù)據(jù)修正,測量精度可媲美國外原裝進口氣體檢測儀
 
  9、自行設(shè)置高、低段報警值、調(diào)零、泵及聲音的開關(guān)等功能;
 
  10、多重保護:吸氣泵防堵賽保護、防過載沖擊、防過電壓、防靜電及磁場干擾
 
  11、雙重數(shù)據(jù)恢復(fù)、安全無憂:智能一鍵復(fù)位+恢復(fù)出廠設(shè)置;
 
  12、2800mA大容量鋰電池,可連續(xù)20小時正常工作;
 



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