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流量计知识回顾:各种流量计工作原理及优缺点讲解

发布时间:2018-08-13 00:08

测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表.流量计是工业测量中重要的仪表之一.随着工业生 产的发展,对流量测量的准确度和范围的要求越来越高,流量测量技术日新月异.为了适应各种用途, 各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过 100 种。


  每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测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、质量流量计和插入式流量计。


   按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别 称作总量表和流量计。总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的 商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此, 以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。

一、按测量原理分类

  1.力学原理:属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式;利用动量定理的冲量式、 可动管式;利用牛顿第二定律的直接质量式;利用流体动量原理的靶式;利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;利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。


  2.电学原理:用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。


  3.声学原理:利用声学原理进行流量测量的有超声波式.声学式(冲击波式)等。


  4.热学原理:利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。


  5.光学原理:激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。


  6.原于物理原理:核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表.


  7.其它原理:有标记原理(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

  按当前流量计产品的实际情况,根据流量计的结构原理,大致上可归纳为以下几种类型:


1差压式流量计

  差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺 寸来计算流量的仪表。


  差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式 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。


  二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(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:节流装置、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。


  检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。


  所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和 估算测量误差。


  非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。


  差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种 新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。


  优点:


  (1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;


  (2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;


  (3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。


  缺点:


  (1)测量精度普遍偏低;


  (2)范围度窄,一般仅 3:1~4:1;


  (3)现场安装条件要求高;


  (4)压损大(指孔板、喷嘴等)。


  应用概况:


  差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混 相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几 mm 到几 m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的 1/4~1/3。

2孔板流量计

优点:


  标准节流件是全世界通用的,并得到了国际标准组织的认可,无需实流校准,即可投用,在流量 计中亦是唯一的。结构易于复制,简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉;


  应用范围广,包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流,一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆有产品。


  检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产,便与专业化规模生产;


  缺点:


  测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平,由于众多因素的影响错综复杂,精确度难于提 高。范围度窄,由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅 3∶1 ~ 4∶1。有较长的直管段长度要求,一般难于满足。尤其对较大管径,问题更加突出;压力损失大; 通常为维持一台孔板流量计正常运行,水泵需要附加动力克服孔板的压力损失。该附加耗电量可直接由


  压力损失和流量计算确定。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


  损失情况下的能耗计算结果。其中运行天数按三百五十天计算,电价按 0.35 元/度计算。由表中计算电耗数据可见,孔板的附加运行费用是极高的,而采用弯管流量计该运行费用为零!


  孔板以内孔锐角线来保证精度,因此对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感,长期使用精度难以保证, 需每年拆下强检一次。采用法兰连接,易产生跑、冒、滴、漏问题,大大增加了维护工作量。

3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,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。


  浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。


  80 年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的 15%~20%。我国产量 1990 年估计在 12~14 万台,其中 95%以上为玻璃锥管浮子流量计。


  特点:


  (1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险;   (2)适用于小管径和低流速;


  (3)压力损失较低。

4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,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测 量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体 的次数来测量流体体积总量。


  容积式流量计按其测量元件分类,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。


  优点:


  (1)计量精度高;


  (2)安装管道条件对计量精度没有影响;


  (3)可用于高粘度液体的测量;


  (4)范围度宽;


  (5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。


  缺点:


  (1)结果复杂,体积庞大;


  (2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;


  (3)不适用于高、低温场合;


  (4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;


  (5)产生噪声及振动。


  应用概况:


  容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油 品、天然气等)的总量测量。


  工业发达国家近年 PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的 13%~23%;我国 约占 20%,1990 年产量(不包括家用煤气表)估计为 34 万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占 70%和 20%。


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