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常见流量计分类及原理简介
发布时间:2022-09-14 19:55:12    点击6次

  丈量流体流量的外表统称为流量计或流量表.流量计是工业丈量中重要的外表之一.跟着工业生 产的开展,对流量丈量的精确度和规划的要求越来越高,流量丈量技能一日千里.为了习惯各种用处, 各种类型的流量计相继面世。现在已投入运用的流量计已超越 100 种。 每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按丈量原理分有力学原理、热学原理、声学原 理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类。有容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电 磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和刺进式流量计 按丈量目标区分就有关闭管道和明渠两大类;按丈量意图又可分为总量丈量和流量丈量,其外表别离 称作总量表和流量计。总量表丈量一段时刻内流过管道的流量,是以时刻短时刻内流过的总量除以该时刻的 商来标明,实践上流量计一般亦备有累积流量设备,做总量表运用,而总量表亦备有流量发讯设备。因而, 以严厉含义来分流量计和总量表已无实践含义。

  一、按丈量原理分类 1.力学原理:归于此类原理的外表有运用伯努利定理的差压式、转子式;运用动量定理的冲量式、 可动管式;运用牛顿第二规律的直接质量式;运用流体动量原理的靶式;运用角动量定理的涡轮式;利 用流体振荡原理的旋涡式、涡街式;运用总静压力差的皮保管式以及容积式和堰、槽式等等。 2.电学原理:用于此类原理的外表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。 3.声学原理:运用声学原理进行流量丈量的有超声波式.声学式(冲击波式)等。 4.热学原理:运用热学原理丈量流量的有热量式、直接量热式、直接量热式等。 5.光学原理:激光式、光电式等是归于此类原理的外表。 6.原于物理原理:核磁共振式、核幅射式等是归于此类原理的外表. 7.其它原理:有符号原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。

  二、按流量计结构原理分类 按当时流量计产品的实践情况,依据流量计的结构原理,大致上可概括为以下几种类型: 1.差压式流量计 差压式流量计是依据设备于管道中流量检测件发生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几许尺 寸来核算流量的外表。 差压式流量计由一次设备(检测件)和二次设备(差压转化和流量显现外表)组成。一般以检测件方法 对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。 二次设备为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显现外表。它已开展为三化(系 列化、通用化及规范化)程度很高的、种类规范杂乱的一大类外表,它既可丈量流量参数,也可丈量其它参 数(如压力、物位、密度等)。 差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节省设备、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增

  益式及射流式几大类。 检测件又可按其规范化程度分为二大类:规范的和非规范的。 所谓规范检测件是只需依照规范文件规划、制作、设备和运用,无须经实流标定即可确认其流量值和 预算丈量差错。 非规范检测件是老练程度较差的,没有列入国际规范中的检测件。 差压式流量计是一类运用最广泛的流量计,在各类流量外表中其运用量占居首位。近年来,因为各种 新式流量计的面世,它的运用量百分数逐步下降,但现在仍是最重要的一类流量计。 长处: (1)运用最多的孔板式流量计结构结实,功能安稳牢靠,运用寿命长; (2)运用规划广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比较; (3)检测件与变送器、显现外表别离由不同厂家出产,便于规划经济出产。 缺陷: (1)丈量精度遍及偏低; (2)规划度窄,一般仅 3:1~4:1; (3)现场设备条件要求高; (4)压损大(指孔板、喷嘴等)。 运用概略: 差压式流量计运用规划特别广泛,在关闭管道的流量丈量中各种目标都有运用,如流体方面:单相、混 相、洁净、脏污、粘性流等;作业状况方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几 mm 到几 m;活动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计悉数用量的 1/4~1/3。 1.1 孔板流量计 长处: (1)规范节省件是全国际通用的,并得到了国际规范安排的认可,无需实流校准,即可投用,在流量 计中亦是仅有的。 (2)结构易于仿制,简略、结实、功能安稳牢靠、价格低廉; (3)运用规划广,包含悉数单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流,一般出产过程的管径、作业状 态(温度、压力)皆有产品。 (4)检测件和差压显现外表可分隔不同厂家出产,便与专业化规划出产; 缺陷: (1)丈量的重复性、精确度在流量计中归于中等水平,因为很多要素的影响扑朔迷离,精确度难于提 高。 (2)规划度窄,因为流量系数与雷诺数有关,一般规划度仅 3∶1 ~ 4∶1。 (3)有较长的直管段长度要求,一般难于满意。特别对较大管径,问题愈加杰出; (4)压力丢失大; 一般为保持一台孔板流量计正常运转,水泵需求附加动力战胜孔板的压力丢失。该附加耗电量可直接由

  压力丢失和流量核算确认。一年约需多耗电数万度,折合人民币数万元。下表中列出了孔板在正常压力 丢失情况下的能耗核算成果。其间运转天数按三百五十天核算,电价按 0.35 元/度核算。由表中核算电 耗数据可见,孔板的附加运转费用是极高的,而选用弯管流量计该运转费用为零! (5)孔板以内孔锐角线来确保精度,因而对腐蚀、磨损、结垢、脏污灵敏,长期运用精度难以确保, 需每年拆下强检一次。 (6)选用法兰衔接,易发生跑、冒、滴、漏问题,大大添加了保护作业量。

  2.浮子流量计 浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩展的笔直锥管中,圆形横 截面的浮子的重力是由液体动力接受的,从而使浮子能够在锥管内自在地上升和下降。 浮子流量计是仅次于差压式流量计运用规划最广大的一类流量计,特别在小、微流量方面有无足轻重 的作用。 80 时代中期,日本、西欧、美国的出售金额占流量外表的 15%~20%。我国产值 1990 年估量在 12~14 万 台,其间 95%以上为玻璃锥管浮子流量计。 特色: (1)玻璃锥管浮子流量计结构简略,运用便利,缺陷是耐压力低,有玻璃管易碎的较大危险; (2)适用于小管径和低流速; (3)压力丢失较低。

  3.容积式流量计 容积式流量计,又称定排量流量计,简称 PD 流量计,在流量外表中是精度最高的一类。它运用机械测 量元件把流体接连不断地切割成单个已知的体积部分,依据丈量室逐次重复地充溢和排放该体积部分流体 的次数来丈量流体体积总量。 容积式流量计按其丈量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流 量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。 长处: (1)计量精度高; (2)设备管道条件对计量精度没有影响; (3)可用于高粘度液体的丈量; (4)规划度宽; (5)直读式外表无需外部动力可直接取得累计,总量,明晰明晰,操作简洁。 缺陷: (1)成果杂乱,体积巨大; (2)被测介质种类、口径、介质作业状况局限性较大; (3)不适用于高、低温场合;

  (4)大部分外表只适用于洁净单相流体; (5)发生噪声及振荡。 运用概略: 容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类运用量最大的流量计,常运用于贵重介质(油 品、天然气等)的总量丈量。 工业发达国家近年 PD 流量计(不包含家用煤气表和家用水表)的出售金额占流量外表的 13%~23%;我国 约占 20%,1990 年产值(不包含家用煤气表)估量为 34 万台,其间椭圆齿轮式和腰轮式别离约占 70%和 20%。

  4.涡轮流量计 涡轮流量计,是速度式流量计中的首要种类,它选用多叶片的转子(涡轮)感触流体均匀流速,从并且推 导出流量或总量的外表。 一般它由传感器和显现仪两部分组成,也可做成全体式。 涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为 十大类型流量计之一,其产品已开展为多种类、多系列批量出产的规划。 长处: (1)高精度,在所有流量计中,归于最精确的流量计; (2)重复性好; (3)元零点漂移,抗搅扰才干好; (4)规划度宽; (5)结构紧凑。 缺陷: (1)不能长期保持校准特性; (2)流体物性对流量特性有较大影响。 运用概略: 涡轮流量计在以下一些丈量目标取得广泛运用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流 体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量外表,仅荷兰在天然气管线 多台各种尺度,压力从 0.8~6.5MPa 的气体涡轮流量计,它们已成为优秀的天然气计量外表。

  5.涡街流量计(USF) 涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两边替换地别离释放出两串规矩地交 错摆放的游涡的外表。当通流截面一守时,流速与导容积流量成正比。因而,丈量振荡频率即可测得流 量.涡街流量计按频率检出方法可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振荡体式、光电式及超声式 等。 这种流量计是 70 时代开发和开展起来的.因为它兼有无滚动部件和脉冲数字输出的长处,很有发 展出路。 长处

  (1)涡街流量计无可动部件,丈量元件结构简略,功能牢靠,运用寿命长。 (2) 涡街流量计丈量规划宽。量程比一般能到达 1:10。 (3) 涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响。一般不需 独自标定。它能够丈量液体、气体或蒸汽的流量。 (4) 它形成的压力丢失小。 (5) 精确度较高,重复性为 0.5%,且保护量小。 缺陷 (1) 涡街流量计作业状况下的体积流量不受被测流体温度、压力、密度等热工参数的影响,但液体 或蒸汽的终究丈量成果应是质量流量,关于气体,终究丈量成果应是规范体积流量。质量流量或规范体 积流量都有必要经过流体密度进行换算,有必要考虑流体工况改动引起的流体密度改动。 (2)形成流量丈量差错的要素首要有:管道流速不均形成的丈量差错;不能精确确认流体工况改动时 的介质密度;将湿饱满蒸汽假设成干饱满蒸汽进行丈量。这些差错假如不加以约束或消除,涡街流量计 的总丈量差错会很大。 (3)抗振功能差。外来振荡会使涡街流量计发生丈量差错,乃至不能正常作业。通道流体高流速冲击 会使涡街发生体的悬臂发生附加振荡,使丈量精度下降。大管径影响更为显着。 (4)对丈量脏污介质习惯性差。涡街流量计的发生体极易被介质脏污或被污物环绕,改动几许体尺度, 对丈量精度形成极大影响。 (5)直管段要求高。专家指出,涡街流量计直管段必定要确保前 40D 后 20D,才干满意丈量要求。 (6)耐温功能差。涡街流量计一般只能丈量 300℃以下介质的流体流量。 USF 在 60 时代后期进入工业运用,80 时代后期起在各国流量外表出售金额中已占 4%~6%。1992 年国际 规划估量出售量为 3.54.8 万台,同期国内产品估量在 8000~9000 台。

  6.电磁流量计 (EMF) 电磁流量计是依据法拉弟电磁感应规律制成的一种丈量导电性液体的外表。 电磁流量计有一系列优秀特性,能够处理其它流量计不易运用的问题,如脏污流、腐蚀流的丈量。 70、80 时代电磁流量在技能上有重大突破,使它成为运用广泛的一类流量计,在流量外表中其运用量 百分数不断上升。 长处: (1)丈量通道是段润滑直管,不会堵塞,适用于丈量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水 等; (2)不发生流量检测所形成的压力丢失,节能作用好; (3)所测得体积流量实践上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率改动的显着影响; (4)流量规划大,口径规划宽; (5)可运用腐蚀性流体。 缺陷:

  (1)电磁流量计的运用有必定局限性,它只能丈量导电介质的液体流量,不能丈量非导电介质的流量, 例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件下其面料需考虑。 (2)电磁流量计是经过丈量导电液体的速度确认作业状况下的体积流量。依照计量要求,关于液态 介质,应丈量质量流量,丈量介质流量应涉及到流体的密度,不同流体介质具有不同的密度,并且随温 度改动。假如电磁流量计转化器不考虑流体密度,仅给出常温状况下的体积流量是不合适的。 (3)电磁流量计的设备与调试比其它流量计杂乱,且要求更严厉。变送器和转化器有必要配套运用, 两者之间不能用两种不同类型的外表配用。在设备变送器时,从设备地址的挑选到详细的设备调试,必 须严厉依照产品说明书要求进行。设备地址不能有振荡,不能有强磁场。在设备时有必要使变送器和管道 有杰出的触摸及杰出的接地。变送器的电位与被测流体等电位。在运用时,有必要排尽丈量管中存留的气 体,不然会形成较大的丈量差错。 (4)电磁流量计用来丈量带有尘垢的粘性液体时,粘性物或沉淀物附着在丈量管内壁或电极上,使 变送器输出电势改动,带来丈量差错,电极上尘垢物到达必定厚度,或许导致外表无法丈量。 (5)供水管道结垢或磨损改动内径尺度,将影响原定的流量值,形成丈量差错。如 100 mm口径仪 表内径改动 1 mm会带来约 2%附加差错。 (6)变送器的丈量信号为很小的毫伏级电势信号,除流量信号外,还搀杂一些与流量无关的信号, 好像相电压、正交电压及共模电压等。为了精确丈量流量,有必要消除各种搅扰信号,有用扩展流量信号。 应该进步流量转化器的功能,最好选用微处理机型的转化器,用它来操控励磁电压,按被测流体性质选 择励磁方法和频率,能够扫除同相搅扰和正交搅扰。但改善的外表结构杂乱,本钱较高。 (7)价格较高 运用概略: 电磁流量计运用范畴广泛,大口径外表较多运用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如 钢铁工业高炉风口冷却水操控,造纸工业丈量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆; 小口径、细小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。 EMF 从 50 时代初进入

  工业运用以来,运用范畴日益扩展,80 时代后期起在各国流量外表出售金额中已占 16%~20%。 我国近年发 展敏捷,1994 年出售估量为 6500~7500 台。国内已出产最大口径为 2~6m 的 ENF,并有实流校验口径 3m 的设 备才干。

  7.超声流量计 超声波流量计是根据超声波在活动介质中传达的速度等于被测介质的均匀流速和声波自身速度的几 何和的原理而规划的。它也是由测流速来反映流量巨细的。超声波流量计虽然在 70 时代才呈现,但因为 它能够制成非触摸型式,并可与超声波水位计联动进行开口流量丈量,对流体又不发生扰动和阻力,所 以很受欢。 超声波流量计按丈量原理分可分为时差式和多普勒式 运用时差式原理制作的时差式超声流量计近年来得到广泛的注重和运用,是现在企事业运用最多的一种 超声波流量计。

  运用多普勒效应制作的超声多普勒流量计多用于丈量介质有必定的悬浮颗粒或气泡介质,运用有一 定的局限性,但却处理了时差式超声波流量计只能丈量单一明澈流体的问题,也被以为对错触摸丈量双 相流的抱负外表。 长处: (1)超声波流量计是一种非触摸式丈量外表,可用来丈量不易触摸、不易调查的流体流量和大管径 流量。它不会改动流体的活动状况,不会发生压力丢失,且便于设备。 (2)能够丈量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。 (3) 超声波流量计的丈量规划大,管径规划从 20mm~5 m. (4) 超声波流量计能够丈量各种液体和污水流量。 (5)超声波流量计丈量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响。可 以做成固定式和便携式两种方法。 缺陷: (1) 超声波流量计的温度丈量规划不高,一般只能丈量温度低于 200℃的流体。 (2) 抗搅扰才干差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音搅扰、影响丈量精度。 (3)直管段要求严厉,为前 20D,后 5D。不然离散性差,丈量精度低。 (4)设备的不确认性,会给流量丈量带来较大差错。 (5)丈量管道因结垢,会严峻影响丈量精确度,带来明显的丈量差错,乃至在严峻时外表无流量显现 (6)牢靠性、精度等级不高(一般为 1.5~2.5 级左右),重复性差。 (7)运用寿命短(一般精度只能确保一年)。 (8)超声波流量计是经过丈量流体速度来确认体积流量,对液体应该丈量它的质量流量,外表丈量质 量流量是经过体积流量乘以人为设定的密度后得到的,当流体温度改动时,流体密度是改动的,人为设 定密度值,不能确保质量流量的精确度。只能在丈量流体速度的一起,又丈量了流体密度,才干经过运 算,得到线) 价格较高。 运用概略: (1)传达时刻法运用于清洁、单相液体和气体。典型运用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等; (2)气体运用方面在高压天然气范畴已有运用杰出的经历; (3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;一般不 适用于十分清洁的液体。

  8.质量流量计 因为流体的容积受温度、压力等参数的影响,用容积流量标明流量巨细时需给出介质的参数。在介 质参数不断改动的情况下,往往难以到达这一要求,而形成外表显现值失真。因而,质量流量计就得到 广泛的运用和注重。质量流量计分直接式和直接式两种。直接式质量流量计运用与质量流量直接有关的 原理进行丈量,现在常用的有量热式、角动量式、振荡陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量

  流量计。直接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。 在现代工业出产中,活动工质的温度、压力等运转参数不断进步,在高温高压的情况下, 因为材

  质和结构等方面的原因,直接式质量流量计的运用遇到困难,而直接式质量流量计因为密度计受湿度和 压力适用规划的约束,往往也欠好实践运用。因而,在工业出产中广泛选用的是温度压力补偿式质量流 量计。可把它看作一种直接式质量流量计,不是配用密度计,而是运用温度、压力与密度间的联系,用 温度、压力信号经函数运算为密度信号,与容积流量相乘而得到质量流量.现在温度、压力补偿式质量 流量计虽已实用化,但当被测介质参数改动规划很大或很敏捷时,正确地补偿将很困难或不或许,因而 进一步研讨在实践出产中适用的质量流量计和密度计仍是一个课题。

  8.1 热式质量流量计(恒温差 TMF) 长处: (1)球阀设备,设备拆开便利。并能够带压设备。 (2)根据金氏规律,直接丈量质量流量。丈量值不受压力和温度影响。 (3)呼应敏捷。 (4)量程规划大,管道式设备最小能够丈量 8.8mm 管道的流量,最大能够测到 30’’ (5) 刺进式类型的流量计,一支流量计能够用于丈量多种管径。 缺陷: (1) 精度不及其他类型流量计,一般为 3%。 (2) 适用规划窄,只能用于丈量枯燥的非爆炸性的气体,如压缩空气、氮气、氩气及其他中性气体。

  8.2 科里奥利质量流量计(CMF) 科里奥利质量流量计(以下简称 CMF)是运用流体在振荡管中活动时,发生与质量流量成正比的科里奥 利力原理制成的一种直接式质量流量外表。 我国 CMF 的运用起步较晚,近年已有几家制作厂(如太行外表厂)自行开发供给商场;还有几家制作厂 组成合资企业或引证国外技能出产系列外表。 国外 CMF 已开展 30 余系列,各系列开发在技能上着眼点在于:流量检测丈量管结构上规划立异;进步 外表零点安稳性和精确度等功能;添加丈量管挠度,进步灵敏度;改善丈量管应力散布,下降疲惫损坏,加强 抗振荡搅扰才干等。

  9.明渠流量计 与前述几种不同,它是在非满管状打开途径丈量自在外表天然流的流量外表。 非满管态活动的水路称作明渠,丈量明渠中水流流量的称作明渠流量计(open channel flowmeter)。

  明渠流量计除圆形外,还有 U 字形、梯形、矩形等多种形状。 明渠流量计运用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水管理流入和排放渠;工矿企业水

  排放以及水利工程和农业灌溉用途径。有人估量 1995 台,约占流量外表全体的 1.6%,可是国内运用尚无估 计数据。

  10.静电流量计(electrostatic flowmeter) 日本东京技能学院研发适用于石油运送管线低导电液体流量丈量的静电流量计。 静电流量计的金属丈量管绝缘地与管系衔接,丈量电容器上静电荷便可知道丈量管内的电荷。他们分 别作了内径 4~8mm 铜、不锈钢等金属和塑料丈量管外表的实流实验,实验标明流量与电荷之直接近于线.复合效应流量外表(combined effects meter) 该外表的作业原理是根据流体的动量和压力作用于外表腔体发生的变形,丈量复合效应的变形求取流 量。本外表由美国 GMI 工程和管理学院开发,已请求两项专利。

  12.转速表式流量传感器(tachmetric flowrate sensor) 它是由俄罗斯科学工程中心工业外表公司开发,是根据悬浮效应理论研发的。该外表已在若干现场 成功的运用(例如在核电站设备 2000 余台丈量热水流量,接连运用 8 年),且还在改善以扩展运用范畴。

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