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流量计种类,流量计量仪表的分类及特点

时间:2017/08/02来源:未知

  流量计量仪表按不同的测量原理可以分为以下几类:

差压流量计:
  差压流量计差压流量计是一种流量测量用节流装置或其它差压检测元件(如测速管)与差压计配套使用来测量流量的仪表。这种流量计是一种比较成熟的产品.50年代以前,国外就广泛应用。由于它具有结构简单、使用寿命长、适应性强和价格较低等优点,因而占有的市场比例很大,70年代曾达到73.5%。目前占有的市场比例虽然比以前小了,但仍占有大的市场。
  与节流装置配套使用的差压变送器近年来发展很快,主要在简单、可靠、提高度和增加功能这几方面下功夫。为了实现这个目的,主要采取了下述措施:①尽量减少零部件的种类和数量,仅使用经过证明是可靠的零部件;②左右对称结构,从本质上消除了产生误差的因素;③检测元件使用半导体复合型传感器,可测量差压、静压和温度三个参量;④利用微处理机补偿传感器的特性,变送器的度一般可达到量程的0.1%,***高可达到量程的0.075%;⑤数字通信技术,把通信信导重叠在4一20mA变送器统一输出信号上,使用手持通信器就能远距离地进行参数设定(与以前相比,可节省工时96%)和自诊断(与以前相比可节省故障检查工时85%)。这时变送器被称为智能变送器或灵巧变送器(Smarttransimtte)r。由于出现了智能变送器,因而可构成全数字仪表控制系统。
  此外,***近还出现了一种新型的变送器,即在差压变送器的功能上附加PDI(比例、积分、微分)词节功能。这种仪表有三大持点:①仅用该仪表就能进行分散控制;②用十台仪表既能实现差压变送器的功能,又能实现调节器的功能;⑧由于不需要调节器,因而差压变送器与仪表控制之间的配线工程就不需要了,降低了费用。

流量计种类,流量计量仪表的分类及特点
电磁流量计:
  电磁流量计是一种测量导电液体流量的仪表〔9〕,其特点是测量管光滑,压力损失小,度高,应用广泛。自50年代问世以来,发展很快。
  在70年代,电磁流量计的主流是采用商用频率激磁方式,在这种方式中,信号的载波频率与商用电源频率是一致的。由于测量流体中的涡流分布的变化和其它的商用电源的噪声的影响,因而零点稳定性欠缺,度一直提不高,始终为量程的1%。80年代采用了具有商用电源整数倍周期的低频或方波激磁方式,基本上消除了源于磁通时间变化率的噪声【零点的变化因素」,度提高到量程的0.5%,近几年来,又提高到流速的0.5%。
  低频激磁方式存在着这样一个问题当载波频率为6Hz左右,进行泥浆流体测量时,容易受到与载波频率相近的低频噪声的影响。为了解决这个问题,国外***近开发出了一种双频率激磁方式的电磁流量计。这种电磁流量计设立了两个滤波器:①低通滤波器,②高通滤波器。经过低频采样的信号通过数字式的低通滤波器,信号的高频成分通过高通滤波器,然后,再把两种成分相加,由于这两个滤波器具有相同的截止频率,因而相加起来的信号能再现原来的信号。应用实例证明其能降低流体噪声。
  ***近,出现了一种无电极电磁流量计。所谓无电极电磁流量计,指的是没有穿过衬里与流体相接触的电极,衬里外面形成平面状的信号电极。通过信号电极与流体之间的静电容,检测出流体中所产生的电动势。把液体中产生的电动势作为E,根据法拉第电磁感应定律,则可得出:
  E=尺万口F式中K—常数;B—磁通密度;d—检测器内径;V—平均流速。
  电动势与流速,即流量成比例。这种流量计具有下述特点:
  ①抗泥浆噪声强;②能稳定地测量低导电性流体,以前电磁流量计的导电率下限为300一500“S/m(3一5“S/cm),无电极电磁流量计的导电率下限为5仁S/m(0.05ps/cm);③抗附着性流体强;④由于没有穿过衬里与流体相接触的电极,因而流量计的可靠性仅取决于衬里材料的性能,可靠性很高。
  在食品和化工等领域中经常要使用装瓶等定量出厂系统。这种系统中的电磁流量计仅输出4一20mA信号,或流量积算值,要组合接受这种信号的外部控制器来构成回路。针对这种状况,国外***近研制出了带批量控制功能的电磁流量计。这种流量计带有以前设置在外部的控制器的功能,仅与外部的电磁阀组合,就能构成定量出厂回路。这种流量计具有下述待点:
  ①用一台仪表既能实现流量计的功能,又能实现批量控制的功能;
  ②节省了控制器与流量计之间的配线工程,降低了费用。

容积流量计:
  容积流量计又称为定排量流量计,是一种广泛应用于测量石油类流体、饮料类流体、气体以及水流量的流量计。容积流量计式是利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知体积,并进行重复不断地充满和排放该体积部分的流体而累加计量出流体总量的流量仪表。它的主要优点为:测量准确度高、安装管道条件对流量计的计量精度没有影响、可用于高粘度液体的流量测量、测量范围较宽(典型的测量范围为5:1到10:1)、直读式仪表无需外部能源就可直接得到流体流量。其缺点为:机械结构较复杂、体积庞大,被测介质的种类、口径、介质工作状态等的适应性不够宽,大部分容积流量计只适用于洁净单相流体,部分形式的仪表在测量过程中会给流动带来脉动,甚至使管道产生振动。

超声流量计:
  近年来,使用超声流量计的越来越多。这是因为它是一种非接触式测量,压力损失小,结构简单,检测器(换能器)安装在管道外侧,非常方便。目前,超声流量计广泛采用的测量方式主要有两种:时间差法和多普勒效应法。一般来讲,一台超声流量计只采用其中的一种测量方式。近年来,有的企业研制出了双功能超声流量计。该流量计可采用上述两种测量方式,测量周期为0.055,度为量程的土1.0%。此外,也出现了使用微处理机的超声流量计。超声流量计今后会朝着下述方向发展:①不受(或很少受)测量环境和条件左右的产品;②除了能测量水、气体之外,还能测量油等;③携带用的更通用的产品。

涡街流量计
  涡街流量计是70年代发展起来的产品,这种流量计利用流体振荡原理来测量流量或流速。在流体中放置一个具有均匀断面形状的物体(挡体),在挡体的两侧会交替产生一种有规律的漩涡,并向下游流去,非对称地形成二列漩涡列,这就叫卡门涡街。利用这种漩涡产生的规律,根据漩涡产生的频率f,通过下式即可求出流速V,从而得出体积流量:
计算公式
式中:tS—斯特哈尔数;V—流体流速;d—漩涡发生体特征宽度。对于确定流体特性的雷诺数eR,可在一定tS的范围内确定保证度的范围。目前的涡街流量计叫,Re的范围为10礴—10气度为流量的土1%。按漩涡发生体的不同,涡街流量计可以分为以下几类:
  圆柱涡街流量计柱体断面轮廓是圆。圆柱具有较高的tS数(约0.20),但圆柱需要采取边界层控制措施才能在圆管内形成稳定涡街。通过采用抽吸作用边界层控制技术、横向流检测方法和置于横流孔中的热丝,再加上恒温电路来检测横向脉动频率。圆柱直径与管道直径,一般不具有固定比值,即采用同一柱体用于不同管道的方法。由于采用小柱宽比(圆柱的宽度与高度之比),压力损失小,便于制成插入式大口径的流量测量。圆柱形状简单,但是边界层控制技术的要求使结构复杂化了,同时由于圆柱体用于不同的管道,使得管内流速分布的变化影响着仪表的精度。一般地,圆柱涡街流量计多采用热丝检测。
②矩形柱涡街流量计
  矩形柱形状简单,利于大批量生产,由于形状变化快,漩涡强度大,涡街信号强烈。实验表明,矩形柱体的长宽比b/d对漩涡强度有明显影响,漩涡强度和阻力损失是b/d的函数如图1所示,当b/d=0.67时漩涡达到***强程度,此时的阻力系数Cd也增到一个极大值,b/d=0.67的矩形柱tS数约为0.166。目前存在的问题是b/d二0.67的矩形柱,其tS线性度并不是***佳状态,同时压力损失大。目前采用的检测方法是差动电容检测脉动压差。

图1矩形阻力系数(漩涡强度)与柱宽比bd/的关系

图1矩形阻力系数(漩涡强度)与柱宽比bd/的关系

③三角柱涡街流量计
  这是一种具有较好发展潜力的柱形,柱体断面是等腰三角形切去三个顶角,同时底边迎向流体,三角柱漩涡强度适中,涡街稳定而规则,在较宽的eR数范围内有线性度很高的tS数。顶角a和柱长b是相关尺寸。研究结果表明,较大的长宽比b/d(长度为b,宽度为d)有利于高流速时涡街的形成和稳定,而较小b/d则漩涡较强,在低Re下具有较好的性能。一般采用1.2一1.5为宜,此时。角为30a~45“,应该指出的是随着b/d不同,tS数也不同,其值在0.14一0.17之间,当b/d=1.32(a=38“),d/D=0.28时(D是管径),St=0.16。一般采用d/D=0.28,该比值涡街强烈,阻力损失也适中,仪表常数对柱宽d的变化规则也不甚敏感。三角柱形采用的检测方法***多,现已发展到一多种系列几十种规格的三角柱涡街流量计。

④梯形或T形柱涡街流量计
  这两组柱型实质是三角柱的变型。不难看出三角柱当顶角切去部分较大时便成梯形柱。这种柱型与三角柱相比,采用应力检测方法更为有利。而T形柱的长宽比应与三角柱接近,T型的尾部平直便于安装差压传感元件,适用于采用外置热敏电阻的检测方式。

⑤组合柱型涡街流量计:
  除了上述几种基本柱型以外,在涡街流量计发展过程中,陆续出现了一些形状及结构比较复杂的柱型。采用形状复杂的柱型或者组合柱型的目的,是为了进一步加强漩涡的强度,加强涡街的稳定性,或者是为了便于装设敏感元件。组合柱型由于形状复杂,不易制造装配,同时复制性差,一般不易采用。

科里奥利力式质量流量计:
  流量测量的***终目的是质量流量测量。质量流量的测量方法可分为间接法和直接法。所谓间接法,就是分别测量体积流量、温度、压力,然后根据这些数值,使用流量运算器等进行密度补偿,求出质量流量。直接法与此相反,它是直接测量质量流量。由于直接法不存在密度补偿运算误差这一问题,因而人们更加喜欢它。1977年,美国iMcr。Motion企业研制出采用直接法的科里奥利力式质量流量计,受到了人们的好评。这种质量流量计具有下述特点:

①度高,目前可达到流速的0.2%。②可测量不同粘度的液体、泥浆,除了水、药液、石油等一般液体外,还可计量高粘度液体、泥浆。③无流速分布的影响。④量程比宽,目前可达到100:1。

  科里奥利力式质量流量计目前主要用于液体测量。1989年秋,德国的柏林工业大学研制出了用于测量气体的科里奥利力式质量流量计。美国MicorMotion企业到1989年共生产了七万台科里奥利力式质量流量计。日本奥巴尔企业与美国MicroMotion企业进行技术合作,经过国产化,已突破6000台。从市场上看,这种流量计的需求量很大,每年都以30%以上的速度增长。今后这种流量计会朝着零点稳定、消除外部振动、小型化、方便安装的方向发展。

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