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多种流量计的优缺点详解
作者:admin 发布日期:2018-12-21 关注次数:

         流量计指示被测流量和(或)在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表。流量计又分为有差压式流量计、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、超声波流量计等。按介质分类:液体流量计和气体流量计。
 
一、流量计的历史
     流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础,这是流量测量的里程碑。自那以后,18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成,如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长,才促使仪表迅速发展,微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代,新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今,据称已有上百种流量计投向市场,现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。我国开展近代流量测量技术的工作比较晚,早期所需的流量仪表均从国外进口。
 
二、各种流量计大比拼
1、涡轮流量计
 
      涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体均匀流速,从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。
 
      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,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。
 
优点:(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;(2)重复性好;(3)无零点扰能力好;(4)范围度宽;(5)结构紧凑。
 
缺点:(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。
 
应用概况:涡轮流量计在以下一些丈量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、自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自然计量仪表,仅荷兰在自然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的自然气计量仪表。
 
2、涡街流量计
 
涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离开释出两串规则地交错排列的游涡的仪表。
 
涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。
 
涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。
 
优点:(1)结构简单牢固;(2)适用流体种类多;(3)精度较高;(4)范围度宽;(5)压损小。
 
缺点:(1)不适用于低雷诺数丈量;(2)需较长直管段;(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。
 
3、电磁流量计
 
电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种丈量导电性液体的仪表。
 
电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的题目,如脏污流、腐蚀流的丈量。
 
70、80年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。
 
优点:
 
(1)丈量通道是段光滑直管,不会阻塞,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)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;
 
(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;(4)流量范围大,口径范围宽;(5)可应用腐蚀性流体。
 
缺点:(1)不能丈量电导率很低的液体,如石油制品;(2)不能丈量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;(3)不能用于较高温度。
 
应用概况:电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁产业高炉风口冷却水控制,造纸产业丈量纸浆液和黑液,化学产业的强腐蚀液,有色冶金产业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药产业、食品产业、生物化学等有卫生要求的场所。
 
4、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丈量误差。
 
非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列进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,但目前还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相比;
 
(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)丈量精度普遍偏低;(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,在封闭管道的流量丈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;活动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各产业部分的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。
 
5、浮子流量计
 
浮子流量计,又称转子流量计,在美国、日本常称作变面积流量计(Variable Area Flowmeter)或面积流量计。浮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。
浮子流量计原理设想发轫于19世纪60年代,20实际初出现商品。从应用台树所占比例来看,1985年英国抽样调查72家企业17000台流量仪表中浮子流量计占19.2%。我国浮子流量计产量1996年估计在15万-17万台之间,其中95%左右为玻璃管浮子流量计。
 
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。
 
特点:
 
浮子流量计使用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下,最小口径做到1.5-4mm。适用于测量低流速小流量,以液体为例,口径10mm以下玻璃管浮子流量计满度流量的名义管径,流速只在0.2-0.6m/s之间,甚至低于0.1m/s;金属管浮子流量计和口径大于15mm的玻璃管浮子流量计稍高些,流速在0.5-1.5m/s之间。
 
浮子流量计可用于较低雷诺数,选用粘度不敏感形状的浮子,流通环隙处雷诺数只要大于40或500,雷诺数变化流量系数即保持常数,亦即流体粘度变化不影响流量系数。这数值远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数104-105的要求。
 
大部分浮子流量计没有上游直管段要求,或者说对上游直管段要求不高。
 
浮子流量计有较宽的流量范围度,一般为10:1,最低为5:1,最高为25:1。流量检测元件的输出接近于线性。压力损失较低。
 
玻璃管浮子流量计结构简单,价格低廉。只要在现场指示流量者使用方便,缺点是有玻璃管易碎的风险,尤其是无导向结构浮子用于气体。
 
金属管浮子流量计无锥管破裂的风险。与玻璃管浮子流量计相比,使用温度和压力范围宽。
 
大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。
 
浮子流量计应用局限于中小管径,普通全流型浮子流量计不能用于大管径,玻璃管浮子流量计最大口径100mm,金属管浮子流量计为150mm,更大管径只能用分流型仪表。
 
使用流体和出厂标定流体不同时,要作流量示值修正。液体用浮子流量计通常以水标定,气体用空气标定,如实际使用流体密度、粘度与之不同,流量要偏离原分度值,要作换算修正。
6、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。它利用机械丈量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据丈量室逐次重复地布满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。
 
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丈量;(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,清楚明了,操纵简便。
 
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、自然气等)的总量丈量。
 
产业发达国家近年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%。
 
7、超声流量计
 
超声流量计是通过检测流体活动对超声束(或超声脉冲)的作用以丈量流量的仪表。
 
根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。
 
超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量丈量困难题目的一类流量计,特别在大口径流量丈量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。
 
优点:
 
(1)可做非接触式丈量;(2)为无活动阻挠丈量,无压力损失;(3)可丈量非导电性液体,对无阻挠丈量的电磁流量计是一种补充。
 
缺点:
 
1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于丈量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;(2)多普勒法丈量精度不高。
 
应用概况:
 
(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化自然气等;
 
(2)气体应用方面在高压自然气领域已有使用良好的经验;
 
(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;通常不适用于非常清洁的液体。
 
8、科里奥利质量流量计
 
科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是一种直接而精密地测量流体质量流量的新颖仪表,以结构主体采用两根并排的U形管,让两根管的回弯部分相向微微振动起来,则两侧的直管会跟着振动,即它们会同时靠拢或同时张开,即两根管的振动是同步的,对称的。利用流体在振动管中活动时,产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仪表。
 
我国CMF的应用起步较晚,近年已有几家制造厂自行开发供给市场;还有几家制造厂组建合资企业或引用国外技术生产系列仪表。
 
优点
 
科里奥利质量流量计直接测量质量流量,有很高的测量精确度。
 
可测量流体范围广泛,包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。
 
测量管的振动幅小,可视作非活动件,测量管路内无阻碍件和活动件。
 
对应对迎流流速分布不敏感,因而无上下游直管段要求。
 
测量值对流体粘度不敏感,流体密度变化对测量值得值的影响微小。
 
可做多参数测量,如同期测量密度,并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。
 
缺点
 
科里奥利质量流量计零点不稳定形成零点漂移,影响其精确度的进一步提高,使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不稳定度量两部分。
 
科里奥利质量流量计不能用于测量低密度介质和低压气体;液体中含气量超过某一限制(按型号而异)会显着著影响测量值。
 
科里奥利质量流量计对外界振动干扰较为敏感,为防止管道振动影响,大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高。
 
不能用于较大管径,目前尚局限于150(200)mm以下。
 
测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度,尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显着。
 
压力损失较大,与容积式仪表相当,有些型号科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100%。
 
大部分型号科里奥利质量流量计重量和体积较大。
 
价格昂贵。国外价格5000 ~10000美元一套,约为同口径电磁流量计的2 ~5倍;国内价格约为电磁流量计的2~ 8倍。
 
9、明渠流量计
 
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)。明渠流量计测量系统的组成方法一般由一台流量显示仪、一台流速计、一台液位计组成;也可由一台流量显示仪、最多四台流速计、一台液位计组成的多点流速测量的明渠流量系统。明渠流量计系统,适用于水库、河流、水利工程、城市供水、污水处理、农田灌溉、水政水资源等矩形、梯形明渠及涵洞的流量测量。明渠流量计品种很多,常见的有堰式明渠流量计和槽式明渠流量计两大类。
 
与前述几种不同,它是在非满管状敞开渠道丈量自由表面自然流的流量仪表。
 
明渠流量计除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种外形。
 
明渠流量计应用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流进和排放渠;工矿企业水排放以及水利工程和农业浇灌用渠道。有人估计1995台,约占流量仪表整体的1.6%,但是国内应用尚无估计数据。
 
明渠流量计与其他封闭满管流量仪表不同,式在非满管状态下或敞开渠道具有自由便面自然流的流量仪表。明渠原理的明渠流量计价格低廉、使用简单,因而在明渠流量测量中被广泛采用。
 
总结:
  由上述可知,流量计发展到今天虽然已日趋成熟,但其种类仍然极其繁多,至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。
  每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。这就要求我们:
  (1)在选择仪表时,一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况,并要兼顾考虑其它因素,这样测量才会准确;
  (2)努力研制新型仪表,使其在现有的基础上更加完善。


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