儀表人一定要Get到的11種流量計知識

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       流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業用的流量儀表種類達60種之多。

       品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表。

       這60多種流量儀表,每種產品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。 按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。

       按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質量流量計和插入式流量計、探針式流量計。

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差壓式流量計

1.工作原理

       差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

       差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類,如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。

       二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的、種類規格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數,也可測量其它參數(如壓力、物位、密度等)。

       差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。

       差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由于各種新型流量計的問世,它的使用量百分數逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計。

2. 產品特點與不足

優點:

       (1)應用最多的孔板式流量計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長;

       (2)應用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬;

       (3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產,便于規模經濟生產。

缺點:

       (1)測量精度普遍偏低;

       (2)范圍度窄,一般僅3:1~4:1;

       (3)現場安裝條件要求高;

       (4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

3.應用情況

       差壓式流量計應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。

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浮子流量計

1.工作原理

       浮子流量計,又稱轉子流量計,是變面積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。

       浮子流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

2.產品特點

特點:

       (1)玻璃錐管浮子流量計結構簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險;

       (2)適用于小管徑和低流速;

       (3)壓力損失較低。

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容積式流量計

1.工作原理

       容積式流量計,又稱定排量流量計,簡稱PD流量計,在流量儀表中是精度最高的一類。

       它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分,根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量。

       容積式流量計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

2.產品特點與不足

優點:

       (1)計量精度高;

       (2)安裝管道條件對計量精度沒有影響;

       (3)可用于高粘度液體的測量;

       (4)范圍度寬;

       (5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。

缺點:

       (1)結果復雜,體積龐大;

       (2)被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大;

       (3)不適用于高、低溫場合;

       (4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

       (5)產生噪聲及振動。

3.應用情況

       容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量最大的流量計,常應用于昂貴介質(油品、天然氣等)的總量測量。

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渦輪流量計

1.工作原理

       渦輪流量計,是速度式流量計中的主要種類,它采用多葉片的轉子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。

       一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。

       渦輪流量計和容積式流量計、質量流量計稱為流量計中三類重復性、精度最佳的產品,作為十大類型流量計之一。

2.產品特點

優點:

       (1)高精度,在所有流量計中,屬于最精確的流量計;

       (2)重復性好;

       (3)元零點漂移,抗干擾能力好; 

       (4)范圍度寬; 

       (5)結構緊湊。 

缺點:

       (1)不能長期保持校準特性; 

       (2)流體物性對流量特性有較大影響。

3.應用情況

       渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統在歐洲和美國,渦輪流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量儀表。

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電磁流量計

1.工作原理

       電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。 電磁流量計有一系列優良特性,可以解決其它流量計不易應用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。

2.產品特點與不足

優點:

       (1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等; 

       (2)不產生流量檢測所造成的壓力損失,節能效果好; 

       (3)所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響; 

       (4)流量范圍大,口徑范圍寬; 

       (5)可應用腐蝕性流體。 

缺點:

       (1)不能測量電導率很低的液體,如石油制品; 

       (2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體; 

       (3)不能用于較高溫度。

3.應用情況

       電磁流量計應用領域廣泛,大口徑儀表較多應用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測場合,如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制,造紙工業測量紙漿液和黑液,化學工業的強腐蝕液,有色冶金工業的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫藥工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。

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渦街流量計

1.工作原理

       渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發生體,流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的游渦的儀表。渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。

2.產品特點與不足

優點:

       (1)結構簡單牢固; 

       (2)適用流體種類多; 

       (3)精度較高; 

       (4)范圍度寬; 

       (5)壓損小。 

缺點:

       (1)不適用于低雷諾數測量; 

       (2)需較長直管段; 

       (3)儀表系數較低(與渦輪流量計相比); 

       (4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經驗。

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超聲波流量計

1.工作原理

       超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

       根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。

       超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適于解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點。

2.產品特點與不足

優點:

       (1)可做非接觸式測量; 

       (2)為無流動阻撓測量,無壓力損失; 

       (3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。 

缺點: 

       (1)傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體; 

       (2)多普勒法測量精度不高。 

3.應用情況

       (1)傳播時間法應用于清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等; 

       (2)氣體應用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗; 

       (3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。

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科里奧利質量流量計

1.工作原理

       科里奧利質量流量計該流量計是一種直接而精密地測量流體質量流量的新穎儀表，以結構主體采用兩根并排的U形管，讓兩根管的回彎部分相向微微振動起來，則兩側的直管會跟著振動，即它們會同時靠攏或同時張開，即兩根管的振動是同步的，對稱的。

       如果在管子同步振動的同時，將流體導入管內，使之沿管內向前流動，則管子將強迫流體與之一起上下振動。

2.產品特點與不足

優點

       (1)科里奧利質量流量計直接測量質量流量，有很高的測量精確度。

       (2)可測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。

       (3)測量管的振動幅小，可視作非活動件，測量管路內無阻礙件和活動件。

       (4)對應對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。
測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小。

       (5)可做多參數測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質所含的濃度。

缺點

       (1)科里奧利質量流量計零點不穩定形成零點漂移，影響其精確度的進一步提高，使得許多型號儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點不穩定度量兩部分。

       (2)科里奧利質量流量計不能用于測量低密度介質和低壓氣體；液體中含氣量超過某一限制（按型號而異）會顯著著影響測量值。

       (3)科里奧利質量流量計對外界振動干擾較為敏感，為防止管道振動影響，大部分型號科里奧利質量流量計的流量傳感器安裝固定要求較高。

       (4)不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。

       (5)測量管內壁磨損腐蝕或沉積結垢會影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的科里奧利質量流量計更為顯著。

       (6)壓力損失較大，與容積式儀表相當，有些型號科里奧利質量流量計甚至比容積式儀表大100%。

       (7)大部分型號科里奧利質量流量計重量和體積較大。

       (8)價格昂貴。國外價格5000 ～10000美元一套，約為同口徑電磁流量計的2 ～5倍；國內價格約為電磁流量計的2～ 8倍。

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熱式質量流量計

1.工作原理

       熱式流量計傳感器包含兩個傳感元件，一個速度傳感器和一個溫度傳感器。

       它們自動地補償和校正氣體溫度變化。儀表的電加熱部分將速度傳感器加熱到高于工況溫度的某一個定值，使速度傳感器和測量工況溫度的傳感器之間形成恒定溫差。

       當保持溫差不變時，電加熱消耗的能量，也可以說熱消散值，與流過氣體的質量流量成正比。

2.產品特點與不足

特點：

       (1)可靠性高

       (2)重復性好

       (3)測量精度高

       (4)壓損小

       (5)無活動部件

       (6)量程比寬

       (7)響應速度快

       (8)無須溫壓補償

3.應用情況

       熱式氣體質量流量計是用于測量和控制氣體質量流量的新型儀表?？捎糜谑?、化工、鋼鐵、冶金、電力、輕工、醫藥、環保等工業部門的空氣、烴類氣體、可燃性氣體、煙道氣體的監測。

       (1)工業管道中氣體質量流量測

       (2)煙囪排出的煙氣流速測量

       (3)煅燒爐煙道氣流量測量

       (4)燃氣過程中空氣流量測量

       (5)壓縮空氣流量測量

       (6)半道體芯片制造過程中氣體流量測量

       (7)污水處理中氣體流量測量

       (8)加熱通風和空調系統中的氣體流量測量

       (9)熔劑回收系統氣體流量測量

       (10)燃燒鍋爐中燃燒氣體流量測量

       (11)天然氣、火炬氣、氫氣等氣體流量測量

       (12)啤酒生產過程中二氧化碳氣體流量測量

       (13)水泥、卷煙、玻璃廠生產過程中氣體質量流量測量

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明渠流量計

1.工作原理

       明渠流量計的工作原理是利用明渠技術，通過測量流體液位高度，再經過儀器內部的微處理器運算得到流量。由于是非接觸測量，明渠流量計能在較惡劣的環境中應用。

       明渠流量計在微機控制下，發射和接受明渠，根據傳輸時間計算出明渠流量計距被測液面的距離，從而得到液位高度,由于該液位與流量之間有一定的比例關系，因此可根據計算公式最終得到液體流量Q。

2.產品特點與不足

       (1)測量范圍大，流量測量不受支流面回水的影響。

       (2)測量時不受水中漂浮物泥沙、氣泡和水位大幅度變化的影響流量傳感器對水流產生阻力結構簡單、體積小、安裝方便。

       (3)標準渠道不需要改造可直接安裝，安裝施工費用低。

       (4)儀表顯示輸出功能齊全，可顯示水位、流速、流量、累計流量等測量數據，并具有RS-485通訊接口。

       (5)具有水位、泥位、流速超限報警功能。

       (6)具有數據保存功能，可在長期停電的情況下保存設置參數和流量值。

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金屬轉子流量計

1.工作原理

       轉子流量計由兩個部件組成，轉子流量計一件是從下向上逐漸擴大的錐形管；轉子流量計另一件是置于錐形管中且可以沿管的中心線上下自由移動的轉子。

       轉子流量計當測量流體的流量時，被測流體從錐形管下端流入，流體的流動沖擊著轉子，并對它產生一個作用力（這個力的大小隨流量大小而變化）；當流量足夠大時，所產生的作用力將轉子托起，并使之升高。

       同時，被測流體流經轉子與錐形管壁間的環形斷面，這時作用在轉子上的力有三個:流體對轉子的動壓力、轉子在流體中的浮力和轉子自身的重力。 流量計垂直安裝時，轉子重心與錐管管軸會相重合，作用在轉子上的三個力都沿平行于管軸的方向。

       當這三個力達到平衡時，轉子就平穩地浮在錐管內某一位置上。對于給定的轉子流量計，轉子大小和形狀己經確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流體對浮子的動壓力是隨來流流速的大小而變化的。

       因此當來流流速變大或變小時，轉子將作向上或向下的移動，相應位置的流動截面積也發生變化，直到流速變成平衡時對應的速度，轉子就在新的位置上穩定。

       對于一臺給定的轉子流量計，轉子在錐管中的位置與流體流經錐管的流量的大小成一一對應關系。

2.產品特點

       轉子流量計是工業上和實驗室最常用的一種流量計。它具有結構簡單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點。轉子流量計適用于測量通過管道直徑D<150mm的小流量，也可以測量腐蝕性介質的流量。

       使用時流量計必須安裝在垂直走向的管段上，流體介質自下而上地通過轉子流量計。