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动图展示让你了解流量计

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发表于 2018-12-7 08:00:08 | 显示全部楼层 |阅读模式 简体中文繁體中文
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流量的概念:是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量。分为体积流量和质量流量,质量流量M=体积流量Q *流体密度ρ。质量流量的常用单位有:kg/h、t/h等,体积流量的常用单位有:l/h、m3/h等。 流体流动状态的分类:A、层流(雷诺数Re〈2300) B、过渡流(2300〈Re〈4000) C、紊(湍)流(雷诺数Re〉4000)。雷诺数是指流体惯性力与粘性力的比值。 与流体有关的物理参数:温度、压力、密度、粘度、速度、流量等。 流体的密度与温度、压力的关系:气体的密度随温度的升高而减小、随压力的增大而增大,液体的密度主要随温度升高而减小、而与压力关系不大。
流量计用以测量管路中流体流量(单位时间内通过的流体体积)的仪表,包括:转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。至今为止,流量仪表种类达60种之多。原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。

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。

按测量原理可分为如下几个大类: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。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。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。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。光学原理:激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。原子物理原理:核磁共振式、核辐射式等是属于此类原理的仪表.其它原理:有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。本文按照目前最流行、最广泛的分类法分别来阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外应用。

一、孔板流量计

孔板流量计是将标准孔板与多参量差压变送器(或差压变送、温度变送器及压力变送器)配套组成的高量程比差压流量装置,可测量气体、蒸汽、液体及天然气的流量。

广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。

孔板流量计被广泛适用于煤炭、化工、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域,是发展工农业生产,节约能源,改进产品质量,提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。

在过程自动化仪表与装置中,流量仪表有两大功用:
  • 作为过程自动化控制系统的检测仪表
  • 测量物料数量的总量表。

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优点:

1、标准节流件是全用的,并得到了国际标准组织的认可,无需实流校准,即可投用,在流量传感器中也是唯一的;

2、结构易于复制,简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉;

3、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)皆可以测量;

4、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:

1、测量的重复性、精确度在流量传感器中属于中等水平,由于众多因素的影响错综复杂,精确度难于提高;

2、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;

3、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;

4、压力损失大;

5、孔板以内孔锐角线来保证精度,因此传感器对腐蚀、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;

6、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。

二、立式腰轮流量计

腰轮流量计又叫罗茨流量计,其结构特征为:在流量计的壳体内有一个计量室,计量室内有一对或两对可以相切旋转的腰轮。

在流量计壳体外面与两个搜轮同轴安装了一对传动齿轮,它们相互啮合使两个腰轮可以相互联动。

腰轮流量计能用于各种清洁液体的流量测量,尤其适用于油品计量,也可制成测量气体的流量计。它的计最准确度高,可达0.1-0.5级。

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特点:

腰轮流量计产品设计新颖,外形美观。具有重量轻、精度高,安装使用方便等特点。是容积式流量计的典型产品之一。

其主要缺点有:体积大、笨重.压损较大。运行中振动较大等。

利用互成45度角的两对腰轮结构,可以大大减小运行中的振动噪声。

三、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。

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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、结构复杂,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。

四、椭圆齿轮流量计

椭圆齿轮流量计(又称排量流量计,齿轮流量计),属于容积式流量计一种,在流量仪表中是精度较高的一类。

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,根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。

椭圆齿轮流量计可以选用不同的材料(铸铁、铸钢、304不锈钢、316不锈钢)制造,它特别适合于重油、聚乙烯醇、树脂等粘度较高介质的流量测量。

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特点:

按照要求正确安装后的椭圆齿轮流量计,使用时即可保证足够的精度,通常累计值的精度可达0.5级,是一种较为准确的流量计量仪表。

但是,如果使用时被测介质的流量过小,仪表的泄漏误差的影响就会突出,不能再保证足够的测量精度。

因此,不同型号规格的椭圆齿轮流量计对最小使用流量有一允许值,只有当实际被测流量大于该下限流量允许值时,测量精度才能得到保证。

其次,使用椭圆齿轮流量计要注意被测介质的温度不能过高,否则不仅会增加测量误差,而且有使齿轮发生卡死的可能。为此,椭圆齿轮流量计在仪表所规定的使用温度范围内使用。

长期使用后的椭圆齿轮流量计,其内部的齿轮会被腐蚀和磨损,从而影响测量精度。因此,要经常注意观察,并定期拆下进行检查,若条件允许最好定期进行标定。

五、文丘里流量计

新一代差压式流量测量仪表,其基本测量原理是以能量守恒定律——伯努力方程和流动连续性方程为基础的流量测量方法。

内文丘里管由一圆形测量管和置入测量管内并与测量管同轴的特型芯体所构成。

特型芯体的径向外表面具有与经典文丘里管内表面相似的几何廓形,并与测量管内表面之间构成一个异径环形过流缝隙。

流体流经内文丘里管的节流过程同流体流经经典文丘里管、环形孔板的节流过程基本相似。

内文丘里管的这种结构特点,使之在使用过程中不存在类似孔板节流件的锐缘磨蚀与积污问题,并能对节流前管内流体速度分布梯度及可能存在的各种非轴对称速度分布进行有效的流动调整(整流),从而实现了高精确度与高稳定性的流量测量。

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优点:

如果能完全按照ASME标准精确制造,测量精度也可以达到 0.5%,但是国产文丘里由于其制造技术问题,精度很难保证,国内老资格的技术力量雄厚的开封仪表厂也只能保证4%测量精度。

对于超超临界发电的工况,这种喉管处的均压环在高温高压下使用是一个很危险的环节,不采用均压环,就不符合ASNE ISO5167标准,测量精度就无法保证,这是高压经典式文丘里制造中的一个矛盾。

缺点:

喉管和进口/出口一样材质,流体对喉管的冲刷和磨损严重,无法保证长期测量精度。

结构长度必须按ISO-5167规定制造, 否则就达不到所需精度, 由于ISO-5167对经典文丘里的严格结构规定,使得它的流量测量范围最大/最小流量比很小, 一般在3—5之间. 很难满足流量变化幅度大的流量测量。

六、双转子气体流量计

双转子流量计属于目前国际上最新一代容积式流量计,也称为UF—‖流量计或螺杆流量计。是用于管道中液体流量的测量和控制的精密仪表。

广泛应用于石油、化工、冶金、电力、交通、船舶、油库、码头、槽罐车等部门,特别适用于原油、精炼油、轻烃等工业液体的计量流量计可现场指示,字码直接读数并可配发讯器,输出电脉冲信号,远传到二次仪表或计算机,组成自动控制、自动检测和数据处理等系统。

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特点:
  • 适用于稀油、轻质油、稠油、含砂量大、含水量大的原油,被测量液体的粘度范围大。
  • 流量计通过的液体流量大,最大流量是同通径普通容积表的二倍左右。
  • 使用寿命长,准确度高,可靠性强。
  • 压内损失极小。
  • 有线远传最长距离为1000米,脉冲信号输出N=0.1L(一个脉冲为1N),可直接与计算机联网。

七、涡轮流量计

智能液体涡轮流量计是采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表,是速度式流量计中的主要种类,当被测流体流过涡轮流量计传感器时,在流体的作用下,叶轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比。

同时,叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线,改变线圈的磁通量,根据电磁感应原理,在线圈内将感应出脉动的电势信号,即电脉冲信号,此电脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。

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特点:

具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰、抗雷击、成本低等明显优点。

八、转子流量计

浮子流量计,又称转子流量计,通过量测设在直流管道内的转动部件的 (位置 )来推算流量的装置。

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 , 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

在流速和浮力作用下上下运动,与浮子重量平衡后,通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。

金属转子流量计是工业上最常用的,对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质,由于玻璃材质的本身易碎性,关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。

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特点:

转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。

转子流量计适用于测量通过管道直径D<>

其压损小,量程比大(10:1),安装维护方便,可广泛用于复杂,恶劣环境及各种介质条件的流量测量与过程控制中

九、靶式流量计

靶式流量计于六十年代开始应用于工业流量测量,主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量,先后经历了气动表和电动表两大发展阶段。

SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式(电容式)靶式流量计测量原理的基础上,采用了最新型力感应式传感器作为测量和敏感传递元件,同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪表。

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特点:

1、整台仪表结构坚固无可动部件,插入式结构,拆卸方便;

2、可选用多种防腐及耐高低温材质(如哈氏合金,钛等);

3、整机可做成全密封无死角(焊接形式),无任何泄漏点,可耐42MPa 高压;

4、仪表内设自检程序,故障现象一目了然;

5、传感器不与被测介质接触,不存在零部件磨损,使用安全可靠;

6、可就地采用干式标定方法,即采用砝码挂重法。单键操作可完成标定;

7、具有多种安装方式供选择,如选择在线插入式,安装费用低;

8、具有一体化温度、压力补偿,直接输出质量或标方;

9、具有可选小信号切除、非线性修正、滤波时间可选择;

10、能准确测量各种常温、高温500 度、低温-200 度工况下的气体、液体流量;

11、计量准确,精度可达到0.2%;

12、重复性好,一般为0.05%~0.08%,测量快速;

13、压力损失小,仅为标准孔板的1/2△P 左右;

14、抗干扰,抗杂质能力特强;

15、可根据实际需要更换阻流件(靶片)而改变量程;

16、低功耗电池现场显示,能在线直读示值,显示屏可同时读取瞬时和累积流量及百分比棒图;

17、安装简单方便,极易维护;

18、多种输出形式,能远传各种参数;

19、抗震动性强,一定范围内可测脉动流。

十、喷嘴流量计

喷嘴流量计是测量流量的差压发生装置,配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量。

标准喷嘴节流装置与差压变送器配套使用,可测量液体、蒸汽、气体的流量,广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工等部门。

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一体式安装由智能显示仪(多参差变送器)和喷嘴装置一道组成喷嘴流量计。它自带有高品质的差压传感器、压力传感器,热电阻温度传感器。

AW2003-型智能显示仪(多 参差变送器)不仅在差压传感器量程范围自动适应,而且各种补偿系数如:流出系数C、流 束膨张系数ε等均进行在线计算,真正实现了扩大量程的同时保证计量的精度。

采用大屏幕LCD同屏显示累积流量、瞬时流量、瞬时压力、瞬时温度值,不用人工切换。

4-20mA两线制瞬时流量输出。分本安型防爆产品及普通型产品两大类。

分体式安装由独立的喷嘴装置、差压、压力、温度变送器、流量计算仪、截止阀等部份组合而成。各部份之间的连接组合由用户自己完成。

特点:

与孔板流量计相比,喷嘴流量计的压力损失较小,因而节约能源,比较坚固耐用,适合高温高压流体,广泛使用在电力、化工等行业的蒸汽流量测量。

喷嘴流量计包括标准喷嘴(ISA1932喷嘴)、长颈喷嘴两种。

其设计制造均符合国际标准ISO5167或国家标准GB/T2624的规定。

十一、节流流量计

在气体的流动管道上装有一个节流装置,其内装有一个孔板,中心开有一个圆孔,其孔径比管道内径小,在孔板前燃气稳定的向前流动,气体流过孔板时由于孔径变小,截面积收缩,使稳定流动状态被打乱,因而流速将发生变化,速度加快,气体的静压随之降低,于是在孔板前后产生压力降落,即差压(孔板前截面大的地方压力大,通过孔板截面小的地方压力小)。

差压的大小和气体流量有确定的数值关系,即流量大时,差压就大,流量小时,差压就小。

流量与差压的平方根成正比。节流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。

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特点:

节流式流量计是一种典型的差压式流量计.是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸气流量的最常用的一种流量仪表.据调查统计,在炼钢厂、炼油厂等工业生产系统中所使用的流量计有(70—80)%左右是节流式流量计。

在整个工业生产领域中,节流式流量计也占流量仪表总数的一半以上。节流式流量计所以得到如此广泛的应用,主要是因为它具有以下两个非常突出的优点:

1、结构简单,安装方便,工作可靠,成本低,又具有一定准确度.能满足工程测量的需要。

2、有很长的使用历史,有丰富的、可靠的实验数据,设计加工已经标准化。只要按标准设计加工的节流式流量计,不需要进行实际标定,也能在已知的不确定度范围内进行流量测量。

尤其是第二个优点,使得节流式流量计在制造和使用上都非常方便.因为对一个流量计,特别是大流量测量用的流量汁,在检定时将会遇到各种各样的困难。

十二、电磁流量计

电磁流量计是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。

电磁流量计是应用电磁感应原理,根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

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特点:

1、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响;

2、测量管内无阻碍流动部件,无压损,直管段要求较低。对浆液测量有独特的适应性;

3、合理选择传感器衬里和电极材料,即具有良好的耐腐蚀和耐磨损性;

4、转换器采用新颖励磁方式,功耗低、零点稳定、精确度高。流量范围度可达150:1;

5、转换器可与传感器组成一体型或分离型;

6、转换器采用16位高性能微处理器,2x16LCD显示,参数设定方便,编程可靠;

7、流量计为双向测量系统,内装三个积算器:正向总量、反向总量及差值总量;可显示正、反流量,并具有多种输出:电流、脉冲、数字通讯、HART;

8、转换器采用表面安装技术(SMT),具有自检和自诊断功能;

9、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响,传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系,因此测量精度高。

10、测量管道内无阻流件,因此没有附加的压力损失;测量管道内无可动部件,因此传感器寿命极长。

11、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的,是管道载面上的平均值,因此传感器所需的直管段较短,长度为5倍的管道直径。

12、转换器采用国际最新最先进的单片机(MCU)和表面贴装技术(SMT),性能可靠,精度高,功耗低,零点稳定,参数设定方便。点击中文显示LCD,显示累积流量,瞬时流量、流速、流量百分比等。

13、双向测量系统,可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料,确保产品的性能在长时候内保持稳定。




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