气体流量计生产厂家

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气体流量计厂家|气体流量计计量原理及控制系统

时间:2017/07/23来源:未知

摘 要:气体流量计是大家生产生活中很重要的流量测量仪表,其种类繁多,适用范围各异。本文综述了3种常见气体流量计(包括容积式气体流量计、差压式气体流量计及速度式气体流量计)的计量原理、特点及应用范围,并从控制芯片和App平台两方面先容了一般气体流量计所采用的控制系统,由此提出今后气体流量计改进的方向。

0、引言:
  随着工业生产的不断进步,对气体流量计量的要求越来越高。例如大流量、小流量、瞬态流量、质量流量等,均需要高质量的流量计。气体计量的方式很多,根据计量的原理不同,一般可分为容积式、差压式以及速度式等计量方式 [1],与其对应的,主要有容积式气体流量计、差压式流量计和速度式气体流量计,本文拟针对以上 3 种气体流量计,探讨其计量原理、控制系统及研究进展。
 
1 3、种常见气体流量计的计量原理:
 
1.1、容积式气体流量计:
   容积式流量计是通过测定壳体与转子之间形成的容积来测量流体的体积流量。该流量计一般由 4 部分构成 [2],如图 1 所示。根据容积式气体流量计本体部中不同的转子类型和结构,可以分为腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计等。

图 1 容积式流量计的基本组成
1 容积式流量计的基本组成

  腰轮流量计也称罗茨流量计,其计量部分有一对或者两对腰轮转子,在被测介质的作用下,流量计的出口端出现一个压差间产生一定容积的计量腔,其间充满被测介质。腰轮流量计一对(或两对)互相啮合的转子在流量计进出口压力差的作用下转动,被测介质在转子和流量计壳体之间随转子转动,被连续不断地分隔排出,***后通过一定的转换机构将排出介质的体积显示在计数器上 [3]。腰轮流量计具有结构简单牢固、工作性能稳定、量程范围宽、测量精度高等特点。但是其在使用过程中需要注入润滑油润滑齿轮和轴承,故可能发生漏油,并且大口径腰轮流量计体积较大,价格昂贵,对气质洁净度要求较高 [4]。
  椭圆齿轮流量计是一种典型的容积式流量计量仪表,其工作原理是当被测介质流入时,在进出口压力差的作用下,在装置测量室中的一对相互啮合椭圆齿轮转子交替转动,将进口处的被测介质经月牙形腔体不断地从出口排出。椭圆齿轮流量计转一圈排出介质的体积为 4 倍月牙形腔体的体积,***后通过一定的转换机构计算,将测量的介质流量显示出来 [2]。这种流量计的优点是精度高、结构简单、便于维护、价格便宜,应用范围也比较广泛。但是它对被测介质的清洁度要求较高,在较大流量时噪声较大。
  刮板流量计是一种容积式流量计,其计量部分由刮板和内壳体及其安装在内壳体中的转子壳体组成,测出这些空腔的容积作为流量计的计量单元。当有介质流入时,流量计的进出口处会产生微小压差推动转子旋转,并不断将流入的介质经空腔计量后排出,计数机构通过采集到转子的转动次数计算出流经流量计的介质总量 [5]。刮板流量计具有设计先进、结构合理、防砂、可靠性高、计量精度高、受环境温度影响小、便于检查和维修等特点 [6]。但是其结构复杂,制造精度要求高,价格昂贵。

1.2、差压式气体流量计:
  差压式流量计有着悠久的使用历史,广泛地被行业接受,它是通过流经插入通道的障碍物的压降来确定流量的 [7]。当被测介质流经节流体时,在通道内的节流体处介质会因阻隔形成局部的收缩,从而静压力减小而流速增大,在节流体两边会形成一定的压差,当通过的介质的流量越大时,产生的压差也越大,节流体两边的压差与介质流量的平方成正比 [8]。差压式流量计的工作原理图如图 2 所示。
图 2 差压式流量计工作原理图
  假设 D 为流量计上游的管道内径,A1 为此处的横截面积,V1 为单位面积的流体体积,ρ1 为此处流体密度,d为管道内节流体之间的内径,ρ2 为此处流体密度,A2 为此处的横截面积,V2 为单位面积的流体体积。由流体连续性公式可知 [8]:
计算公式
  由伯努利方程可知,流体在水平管内流动时的重力势能为零,故可得如下公式 :
计算公式
如果所测的流体是液体,则各处的密度相等,即ρ1=ρ2=ρ,节流体两边的压差由式 (2) 可得出为 :
由式 (3) 和式 (4) 可得到下面的体积流量计算公式 :式中 β 为内径比 d1/d2。所测流体在管道内流动时能量会有一定的损失,流出系数c可以定义为c = 实际流量/理论流量,故可以改写式(5)为 :
计算公式
 
如果测量流体是可压缩的气体,则可将流体可压缩系数 放入式 (6) 来修正,故得到气体时的流量公式 :

计算公式

背靠管式差压气体流量计是一种新型的差压式气体流量计,它设计有长方体型结构的节流体,在节流体内部分别设计了 2 个圆柱状导压管,其管的直径为 5 mm,导压管两边对称各开一个直径 3 mm 的圆孔,此圆孔距离导压管底端有15 mm,这两个孔分别称为迎风取压孔和背风取压孔[7]。结构示意图如图 3 所示。

图 3	背靠管式节流体结构安装示意图
3 背靠管式节流体结构安装示意图

背靠管式流量计的结构是在管道上以插入的方式安装一个节流体,此节流体的迎风取压孔正对气体流动方向,而背风取压孔则完全背向气体流动方向。在所测流动气体的作用下,气流会在节流体的迎风取压孔和背风取压孔处分别产生正向和负向的压强,上面的微差压传感器通过节流体内部的两个导压管采集到压强差,从而计算出流经的气体流量。正是由于背靠管式节流体结构这种设计安装的特点,即使当产生较低的气流速度时,也会有较强的压强差,这非常适用于测量低流速和测量灵敏度的提高 [8]。
 
1.3、速度式气体流量计:
  速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理。速度式流量计主要有 3 种:涡轮流量计、超声波流量计、涡街流量计。与另外 2 种流量计相比,超声波流量计拥有以下几种优良的性能特点 [9]。
1)可用于高精度计量多种管径气体流量,并且计量的精度与流量管径成正比。
 
2)量程范围宽、稳定性好,流量计本体压力损失可忽略,长输管道时降低增压费用。
 
3)可测量脉动流和双向流量,不受压力、湿气、温度、沉积物等性质的影响。
  下面以超声波流量计为例来说明。超声波流量计具有较高的准确性和重复性。此外,它没有移动的部件,不会产生额外的压降,允许双向测量 [10]。目前,超声波流量计主要采用的测量原理有多普勒效应法和传播速度差法。多普勒法是通过测量不均匀流体中散射体散射时产生的超声波多普勒频移来计算流量,常用于测量含杂度较高的流体或两相流流量。速差法 ( 包括:时差法、相位差法、频差法 ) 主要是通过测量超声波脉冲在顺流和逆流中传播的速度差来计算流体的流速,其中由于频差法和时差法不受流体温度变化的影响 , 测量准确度高,故被广泛应用 [11]。
  下面以时差法超声波气体流量计为例,对其基本测量原理做简单先容。
图 4 超声波流量计检测流量原理

4 超声波流量计检测流量原理
  时差法超声波流量计测量气体流量的原理 [9] 如图 4 所示。在充满流体的测量管道上按一定角度安装有一对超声波换能器,它们不断地交替发射和接收超声脉冲。在如图 4 中,设 V 为管道中流体速度,D 为管道直径,L 为两探头中心线间的距离,θ 为探头与管道法线间的夹角,C 为超声波在静止流体中的速度,则有 L=D/cosθ。

顺溜时间 逆流时间


顺流时间:逆流时间:
由上面公式推导计算出流体的速度 V, 流速方程为:
在 1h 内流过管道的流量 F 为:
由以上的公式推导可得:只要在的计时系统下采样 TAB、TBA,就并不需要通过获取超声波的传播速度来测量流体流速。以上 3 种类型的流量计代表了当今主流的气体计量方式。它们各有适用的场合。其原理、特点及应用范围见表 1。

1  3 种流量计特性比较
 
Table 1  Comparison of three kinds of flow properties
 
类型 原理 主要优点 局限性 应用范围  
  通过测定   结构复杂 只适用于  
  壳体与转    
    体积庞 清洁的单  
  子之间形    
  稳定性 大,成本 相流,常  
容积式流 成的流质  
好,精度 高,对介 用于实验  
量计 容积来测  
质种类和 室气体小  
  量被测流  
    口径有要 流量计量  
  体的体积    
    或者标定  
  流量    
         

  根据安装  
  在管道上 结构简单
  的节流件 牢固,性
差压式流 产生的压 能稳定,
量计 差和管道 使用期限
  的几何尺 长,价格
  寸计算流 低廉
  [12]  
  测量封闭 精度高,
  管道中满
  范围宽,
速度式流 管流动速
重复性
量计 度和管道
好,压力
  的几何尺
  损失小
  寸计算
   

 
压力损失大,测量度较低
 
 
受流体流
速分布畸
变、密度
变化的影

可用于全
部单相流
体,部分
混相流
体,如
气固、气
液、液固
亦可应用
 
适用于大
口径的流
体的测量
一束超声脉冲经流体传播,L 为其计时声程,超声波在顺流和逆流方向传播的时间不同 , 其公式为:
 
2、气体流量计的控制系统:
  上面主要先容了 3 种常见气体流量计的计量装置,至于如何处理来自计量装置的信号计算出气体体积,并进行校正和实时监测,则是控制系统需要解决的。气体流量计的控制系统一般包括控制芯片和App平台。
 
2.1、控制芯片:
  气体流量计的控制系统的检测控制部分通常采用 3 种方式:单片机控制方式、PLC 控制方式、采用配有过程控制卡和多功能数据采集卡的工控机控制的方式。如果有上位机还应加上 PC 机。目前,PLC、单片机、工控机在自动控制系统中被广泛应用,是实现自动控制功能的核心,根据这 3 者功能特点选择应用到不同的场合。
1)PLC(即可编程逻辑控制器),是为了满足不断提高的工业控制要求而研究发展的。PLC 包含各种特殊的功能单元,在应用中通过组合不同的功能单元,实现不同的功能 [13]。主要特点有:
①体积小、硬件配套齐全,用户使用方便,对电气元件可以实现直接的控制。
 
②可靠性高,抗干扰能力强,维修工作量小,维修方便。
 
③功能强大,可以实现复杂的控制功能,并且能够通过通信联网实现分散控制。
 
④系统的设计、安装、调试工作量小,开发周期短,通用性好,使用简单。
 
2)单片机系统主要由硬件和App 2 部分构成,在嵌入式控制系统中的占有重要地位。其主要性能特点有 [13]
 
①控制功能丰富,系统模块化,并且功耗低。
 
②集成度高,体积小,控制实时性高,处理数据速度快。
 
③性价比高,设计难度较大,开发周期长,抗干扰能力差,故障率高,不易维护。
 
3)工控机控制系统,是以工业控制计算机为核心的控制系统,主要以微型计算机为基础,配以各种功能模块来扩展相关功能。主要有以下特点 [13]
 
①界面简洁直观,系统扩展性高,稳定性好,抗电磁干扰能力强。
 
②开放标准的系统平台和 PCI 接口,具有丰富的组网能力。
 
③开发成本较高,周期长,对开发者要求较高。
 
在选择下位机控制方案时,要综合比较 3 种方式,确保能够实现功能的前提下,一般要遵循“简便、稳定”的原则。大连理工大学的李明伟等,设计了一款基于 ARM 的时差法超声波流量计,该款流量计依据时差法测量原理来设计,在硬件电路设计上,控制系统采用SAMSUNG企业微处理器 S3C2440A 为控制芯片,实现信号的采集控制、数据处理和通信等功能,并搭建了一个嵌入式 Linux 系统的开发环境 [14];电子科技大学的曹宗杰等,采用 PLC 和组态App来设计了一个气体流量计自动测量系统,他选用 SIMENS S7-200 的 PLC 器件来实时地采集现场数据和控制阀门,完成温度和压力的 PID 调节,该流量计检测系统具有结构简单、测量、可靠性高、方便维护、自动化程度高、易扩展等优点 [15]。近年来,随着微处理器技术的发展,气体计量系统的控制器也随着更新换代,主流的 ARM 处理器和 PLC 控制器成为更多集体计量装置的选择。
 
2.2 App平台
 
对于App平台的使用,根据采用不同的下位机控制方案,所用的App开发平台不一样。
 
不同厂家生产的 PLC、单片机,其App开发的平台也不一样。而控制系统的上位机App开发平台通常采用
 
Visual C++、LabVIEW 或 Visual Basic 等。其中,Visual C++中的编译和运行的效率较低;LabVIEW 开发平台拥有高的图形化程度,强大的人机交互界面和比较完善的数据采集功能,但是其编程代码效率较低、运行速度较慢 [16]
 
上位机App是气体计量系统的重要部分。
 
Visual C++ 是由MicroSoft企业推出的基于 C/C++ 语言为基础的开发 Windows 环境工具,面向对象的可视化集成开发系统。它适用于开发技术要求较高的程序,例如通信组建、系统操作等,许多专业程序员将它作为优选工具进行App开发。Visual C++ 主要有 2 种编程方式:1)基于 MFC 的 C++ 编程方式;2)基于 Windows API 接口的 C 编程方式。当前采用 Visual C++ 开发上位机界面大多使用 MFC 的 C++
方式 [17]
 
LabVIEW,即实验室虚拟仪器集成环境,是一种图形化的编程语言—G 语言,是由美国仪器企业开发的虚拟仪器开发平台。它的程序代码主要采用图形模式的结构框图构建。因此,在使用 LabVIEW 开发时,基本上是用图标、连线构成的流程图来取代程序代码。LabVIEW 结合了图形化编程方式的高性能与灵活性以及专为测试、测量与自动化控制应用设计的性能与配置功能,能为不同的应用提供相应的开发工具来进行仪器控制、数据采集、测量研究与数据显示等 [16]
 
Visual Basic 是MicroSoft企业在原 BASIC 语言的基础上开发
 
出结构化的、模块化的、面向对象的可视化程序设计语言。采用 Visual Basic 进行程序开发时,由于默认的属性和方法已经有一部分定义在控件内,所以不需要编写大量的程序代码,只要利用 Visual Basic 提供的各种窗体控件进行不同的事件驱动方式的组合和设计,便能够简单快速地开发出小型的应用程序 [18]
 
上位机应有友好的界面,所以上位机App设计应当简洁易懂,可以很方便的根据需要对检定数据灵活处理。目前,上位机是气体计量重要的组成部分,中国计量学院的李东升等在活塞式气体流量标准装置检测控制系统的研究中采用 LabVIEW 制作上位机检定程序界面,该界面实现了良好的人机交互、气体流量的监测检定、数据的实时处理和显示等功能 [19];华南理工大学的胡国清等人研究的基于音速喷嘴的气体流量标准装置,该装置的上位机采用 Visual C++ 开发设计,该上位机App设计有人机交互界面、装置检测模块、参数设置模块、气体流量检测标定模块、存储检定结果的数据库模块等 5 个部分,该检定装置测量度高,具有良好简洁的上位机界面,且便于操作 [17]。上位机App的使用可以提高气体计量装置自动化程度,同时也可以实现对气体流量的远程监控,在一定程度上降低了使用者的工作强度,整个装置的检测效率也得到了提高。
化、自动化、精度高、操作方便的气体计量仪器。未来可以从 3 方面对现有的各种类型的气体流量计进行改进: 1)不断改进现有计量装置的结构,找出装置的缺陷或者不足,从而进行优化改进; 2)随着科技的进步,控制芯片可以采用功能更强大、性能更稳定的新型单片机如 ARM 内核的单片机,或者是 CPLD 等高速微控制器进行控制处理,改进外围的相关接口电路,将会提高仪器的测量精度; 3)从App程序上优化算法,提高计量的精度。


4、气体流量计厂家价格分类选型:
4.1、气体流量计价格:

价格 ¥ 300.00~6800.00
起批量 ≥1 
4.2、气体流量计厂家参数:
加工定制 品牌 华云 型号 GA24
类型 玻璃转子流量计 测量范围 0.004-15(m3/h) 精度等级 2.5级
公称通径 15-50(mm) 适用介质 液体,气体 工作压力 1.0(MPa)
工作温度 -20-120(℃)
建议零售价 ¥2300.00 加工定制 品牌 华云
型号 LUXB 类型 流体振荡式流量计 测量范围 0----100000(m3/h)
精度等级 1.5 公称通径 DN25---250(mm) 适用介质 洁净气体
工作压力 1.6(MPa) 工作温度 小于100(℃)  



 
 
气体流量计气体类型:
  • 动量式流量计
  • 容积式流量计
  • 变面积式流量计
  • 质量流量计
  • 流体振荡式流量计
  • 差压式流量计
  • 叶轮式流量计
  • 电磁流量计
  • 冲量式流量计
  • 超声波流量计
  • 气体流量传感器
  • 标准节流装置
  • 家用煤气表
  • 气体检漏仪
  • 电磁
  • 电容式液位变送器
  •  



 

厂家精度等级:
  • 0.5
  • 1.0
  • 1.5
  • 2.5
  • 0.1
  • 0.2
  • 0.05
  • 4.0
  • A级
  • 0.4

  气体流量计厂家由于它具有其他流量计不可兼得的优点,自七十年代以来得到了迅速发展,据有关资料显示,现在日本,欧美等发达使用涡街流量计的比例大幅度上升,已广泛应用于各个领域。将在未来流量仪表中占主导地位,是孔板流量计***理想的替代产品。
气体流量计厂家|气体流量计计量原理及控制系统
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  气体流量计厂家技术参数
 
  公称口径:dn15、dn20、dn25、dn32、dn40、dn50、dn65、dn80、dn100、dn125、dn150、dn200、dn250、dn300、dn350、dn400、dn450、dn500;
 
  适用范围:气体(空气、氧气、氮气、煤气、天燃气、化学气体等)、液体(水、高温水、油、食品液、化学液等)、蒸汽(饱和蒸汽、过热蒸汽);
 
  可测介质温度:-40℃~280℃,-40℃~350℃;
 
  公称压力:≤1.6mpa    ≤2.5mpa    ≤4mpa;
 
  精度等级:液体0.5级、气体、蒸汽1.0级;
 
  流速范围:液体0.6-6 m/s,气体:5-60m/s,蒸汽:5-70m/s;
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  输出信号:
 
  电压脉冲:低电平≤1v,高电平 ≥6v,脉冲宽0.4ms,负载电阻>150ω;
 
  标准电流:4-20ma,转换精度±0.5%满度值,负载电阻24v-500ω,现场液晶显示:瞬时流量5位显示(m3/h、kg/h、t/h),转换精度±0.1%;累积流量9位显示(m3、kg、t),转换精度±0.1%;
 
  供电电源:
 
  电压脉冲输出时:+12vdc,4-20ma输出时:+24vdc;
 
  现场液晶显示:3.6v 1号1节锂电池供电,使用寿命大于2年;
 
  环境温度:电压脉冲输出:-30℃—+65℃;4-20ma输出:-10℃—+55℃;现场液晶显示:-25℃—+55℃;
 
  表体材料:1cr18ni9ti(其他材料协议供货)。
 
  气体流量计厂家常用气体介质的标准状态密度表(0℃,绝压p=0.1mpa)
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参数选型表

气体名称

密度(kg/m3)

气体名称

密度(kg/m3)

空气涡街流量计

1.2928

乙炔涡街流量计

1.1717

氮气涡街流量计

1.2506

乙烯涡街流量计

1.2604

氧气涡街流量计

1.4289

丙烯涡街流量计

1.9140

氩气涡街流量计

1.7840

甲烷涡街流量计

0.7167

氖气涡街流量计

0.9000

乙烷涡街流量计

1.3567

氨气涡街流量计

0.7710

丙烷涡街流量计

2.0050

氢气涡街流量计

0.08988

丁烷涡街流量计

2.7030

一氧化碳涡街流量计

1.97704

天然气涡街流量计

0.8280

二氧化碳涡街流量计

1.3401

煤制气涡街流量计

0.8020

 

5、结束语:
   实现对气体流量更加和稳定计量,一直是气体流量计发展***核心的需求。根据气体计量的实际情况,选择适合而且有效的计量原理和控制系统,才能保证气体流量计的正确的运行,提高计量的度和稳定性。

常见问题
资料查询
价格咨询
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