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各種流量計的性能
點擊次數:1423 發布時間:2012-11-04

流量計是工業生產過程中常用的過程控製參數。目前,市場上大約有超過100種不同的流量儀表,其中有一些屬於實驗室儀表,不適合工業應用。隨著科學技術的發展,新型的流量儀表還在不斷湧現。然而,沒有一種流量儀表是“放之四海而皆準”的。為此,用戶應當首先了解流量儀表的性能特點,再結合所應用場合的工況條件,選擇性能價格比較高的產品。

1 流量儀表的類型及特性

流量儀表的分類方法很多,至今國內外還沒有統一的標準。表1列出了工業生產過程中常用的七大類流量儀表的型式及其主要性能特點。下麵分別作簡要介紹。

表1 流量儀表類型及主要性能特點

1 1 差壓型

差壓測量技術是目前應用zui廣泛的一種流量測量方法,幾乎能測量各種工況下單相流體和高溫高壓下流體的流量。70年代,這種技術曾占到市場份額的80%。今天,隨著新技術的應用,這個比例已降至40%左右,仍占了近“半壁江山”。差壓型流量計一般由節流裝置、變送器兩部份組成。節流裝置常見的有孔板、噴嘴、畢托管、均速管等。節流裝置的作用是使流經的流體收縮且在其上、下遊產生差壓。根據伯努利能量守恒定律和連續性方程可以得出:

其中,Q為體積流量;ΔP為測得的節流件上、下遊差壓;K為常數,它與節流件的幾何形狀、直徑比以及流體的溫度、壓力、粘度、密度等因素有關。

由於是平方根關係,所以差壓型流量儀表的測量範圍一般不大,隻有3∶1~5∶1。在此範圍內,孔板的讀數精度約為2%~3%,文丘裏管的讀數精度約為3%~4%。各種節流裝置中,孔板由於其結構簡單,安裝方便,所以zui為常用。但是它對加工尺寸要求嚴格。隻要按規範要求加工、安裝,經檢驗合格後就可以在不確定度範圍內進行流量測量,而不需要用實液檢定。所有節流裝置都有一個不可恢複的壓力損失,壓損zui大的是銳邊孔板,為儀表zui大差壓的25%~40%。畢托管的壓損則很小,可以忽略不計,但它對流體形麵的變化非常敏感。

1.2 變麵積型流量計

這種類型流量計的典型代表是轉子流量計。對於3″以內的管道,此流量計效果較好。它的突出優點是直接就地測量時不用外加電源。轉子流量計按其製造材料不同,分為玻璃轉子流量計和金屬管轉子流量計兩大類。玻璃轉子流量計結構簡單,轉子位置清晰可見,易讀數,多用於常溫、常壓、透明和腐蝕性介質,如空氣、煤氣、氬氣等。金屬管轉子流量計一般帶有磁性連接指示器,用於高溫、高壓的場合,並且能傳輸出標準信號與記錄儀等配套使用,計量累積流量。目前市場上有一種帶加載彈簧錐形頭的垂直式變麵積式流量計,它沒有冷凝室和緩衝室,測量範圍達到100∶1,並且是線性輸出,zui適於蒸汽的測量。

1.3 振蕩型流量計

渦街流量計是振蕩型流量儀表的典型代表。它是在流體前進方向上放置一非流線形物體,流體在該物體後方形成兩列規則的非對稱漩渦列。漩渦列的頻率與流速成一定比例。這種測量方法的特點是管道內無可動部件,讀數重複性、可靠性好,使用壽命長,線性測量範圍寬(氣體約為30∶1,液體約為10∶1),幾乎不受溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響,壓力損失小,精度高(約0 5%~1%)。其工作溫度可達300℃以上,工作壓力可達30mPa以上。但流體流速分布情況和脈動流會影響測量精度。不同的介質可采用不同的漩渦感測技術,對於蒸汽可用振動盤式或壓電晶體式,對於空氣可采用熱力式或超聲波式,而對於水,幾乎所有感測技術都適用。和孔板一樣,渦街流量計的流量係數也是由一組尺寸來決定的。

1.4 電磁型流量計

這類流量計是利用導電的流體流經磁場時產生感應電壓的大小來檢測流量的。因此它隻適用於導電介質(目前已有適用於導電率低至0 008μs cm介質的產品)。從理論上講,這種方法不受流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響,量程比可達100∶1,精度約為0 5%。適用管徑從2mm到3m。廣泛應用於水、泥漿、紙漿或腐蝕性介質的流量。電磁型流量計由於信號微弱,滿量程時,通常隻有2 5~8mV,流量很小時僅有幾毫伏,易受外界幹擾。因此,要求變送器的外殼、屏蔽線、測量導管、變送器兩端的管道都要接地並單獨設置接地點,不要連接在電機、電器等的公用地線上。

1.5 超聲波型流量計

這類流量計zui常見的是多普勒流量計和時差流量計。多普勒流量計是根據被測流體中移動目標所反射的聲波頻率的變化來檢測流量的。此法適用於測量高速流體,不宜測量低速流體,且準確度較低,對管道內壁的光滑度要求較高,但它的電路簡單。

時差流量計是通過超聲波在注流體中順流和逆流傳播的時間差來測量流量的。由於時差的數量級很小(一般為10-6s),因此,為保證測量準確度,對電子線路的要求較高,從而儀表的成本相應增加。時差流量計一般適用於純淨且流速場均勻的層流液體。對於紊流液體,可采用多聲束時差流量計。

1.6 動量矩型流量計

這類流量計是根據動量矩守恒原理,通過流體衝擊旋轉部件(葉輪、螺旋器等),使之旋轉,而旋轉部件的轉速與流速成比例關係。再利用磁學、光學、機械計數等方法將轉速轉換成電信號,從而計算出流量。

渦輪流量計是這類儀表中應用zui廣泛且準確度較高的一種。它適用於氣體、液體介質,但在結構上略有不同。用於氣體的,其葉輪角度較小,而且葉片數量多。渦輪流量計的準確度可達0 2%~0 5%,在狹小範圍內可達0 1%。量程比為10∶1,壓損小,耐壓高。但它對流體的潔淨度有一定要求,且易受流體密度和粘度的影響,口徑越小,影響越大。和孔板一樣,要保證安裝點前後有足夠的直管段,以避免流體旋轉而改變對葉片的作用角度。

1.7 正位移型流量計

這類儀表的工作原理是根據旋轉體每旋轉一周,流體移動一個固定量來測量的。儀表的設計方式各異,如橢圓齒輪流量計、旋轉活塞流量計和刮板流量計等。橢圓齒輪流量計的量程比較大,可以達到20∶1,且準確度高。但運動齒輪易被流體中的雜質卡死。旋轉活塞流量計單位流通量大,但由於結構上的原因,泄漏量較大,準確度不高。正位移型的流量計基本與流體粘度無關,適用於油脂類、水等介質,但不適用於蒸汽、空氣等介質。

上述每一種流量計各有其優、缺點,但是,即使是同一種型式的表,不同廠家提供的產品,其結構、性能也不盡相同。

2 流量計的選擇

麵對龐大的流量計家族,要想選擇一款經濟實用的儀表,確非易事。其中要考慮的因素很多:準確度、可靠性、費用、流體特性及其它種種因素。根據筆者多年儀表選型的實踐,大致可參考以下四個方麵:

(1)儀表的工作性能。
(2)流體的物理、化學特性。
(3)現場安裝條件及環境。
(4)成本費用。

表2給出了上述四個方麵各包含的具體內容。用戶在選擇時,不可能麵麵都照顧到,要權衡利弊。不過,zui後的抉擇往往是在成本費用和儀表性能之間。

表2 流量儀表的選型因素

3 小結

隨著生產工藝複雜程度和自動化程度的提高,會對流量測量及控製提出更新、更高和更多的要求,如5~7m特大口徑、特大流量測量;超微小流量測量;鋼水等高溫介質的流量測量;液氮等超低溫介質的流量測量等等。近年來,核磁共振流量計、放射性同位素流量計等新儀表已日臻完善,流量測量準確度在不斷提高。

 

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