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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑常见流量计工作原理及在流量测量中的应用 1、差压流量计差压流量计是应用特别广泛的一类流量测量仪表，约占流量测量仪表总数的70%。它由节流装置和差压变送器两部分组成，布满圆管的流体流经节流件(如孔板)时，流束在孔板处形成局部收缩，由于流速增加、静压力降低而在孔板前后产生压差，这一压差与流量的平方成正比。孔板流量计又称为差压流量计，由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和流量积算仪)组成，应用于气体、蒸汽和液体的流量测量。具有结构简洁、修理便利、性能稳定、使用牢靠等特点。孔板节流装置是标准节流件，可不需标定直接依照下列国家标准生产。国家标准GB 2624-
2、2006流量测量节流装置的设计安装和使用。国际标准IS0 5167国际标准组织规定的各种节流装置。化工部标准GJ 516-87G-HK06。布满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件四周造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差(见图1)。图1 流体流经节流器件时压力和流速的变化状况在已知有关参数的条件下，依据流淌连续性原理和伯努利方程可以推导出压差与流量之间的关系而求得流量。式中，P为流量节流装置前后的压差，q为瞬时流量。由于流体的性质所打算，节流装置测得的压差与流量的关系是平方及平方根的关系。目前，应用较广的几种典型的流量测量设备有电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等，以下分
3、别介绍。2、电磁流量计电磁流量计(E1etromagnetic Flowmeters，简称EMF)是20世纪50-60年月随着电子技术的进展而快速进展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律制成的，电磁流量计是用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点，电磁流量计目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；电磁流量计各种浆液流量测量，形成了独特的应用领域。在结构上，电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在工业过程管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感应电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器
4、。转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成与流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示、累积和调整掌握。 图2 电磁流量计测量基本原理 电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。流量计的测量管是内衬绝缘材料的非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通管壁固定在测量管上。其电极头与衬里内表面基本齐平。励磁线圈由双方波脉冲励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为B的工作磁场。此时，假如具有肯定电导率的流体流经测量管，将切割磁力线感应出电动势E。电动势E正比于磁通量密度B、测量管内径d与平均流速U的乘积。电动势E(流量信号)由电极检出并通过电缆送至转换
5、器。转换器将流量信号放大处理后，可显示流体流量，并能输出脉冲，模拟电流等信号，用于流量的掌握和调整。 E=KBdu 式中E-电极间的信号电压，V；K为系数；B为磁通密度，T；d为测量管内径，m；u为平均流速，m/s；式中，K、d为常数，由于励磁电流是恒流的，故B也是常数，则由E=KBdu可知，体积流量Q与信号电压E成正比，即流速感应的信号电压E与体积流量Q成线性关系。因此，只要测量出E,就可确定流量Q,这是电磁流量计的基本工作原理。由E=KBdu可知，被测流量体介质的温度、密度、压力、电导率、液固两相流体介质的液固成分比等参数不会影响测量结果。至于流淌状态只要符合轴对称流淌(如层流或者紊流)就
6、不会影响测量结果。因此，电磁流量计是一种真正的体积流量计。对于制造商和用户来说，只要用一般的水实际标定后就可以测量其他任何导电流体介质的体积流量，而不需要任何修正。这是电磁流量计的一个突出优点，是其他任何流量计所没有的。测量管内无活动及阻流部件，因此几乎没有压力损失，并且需要说明的是，必需使测量条件满意下列假定：场是匀称分布的恒定磁场；被测流体的流速轴对称分布；被测液体是非磁性的；被测液体的电导率匀称且各向同性。图3 模块化电磁流量计 在我国电磁流量计生产厂家许多，经过几十年的技术仿照和创新，国产电流流量计品质得到大幅度提升，有厂家已经推出了品质高和更人性化功能的“模块化电磁流量计”，在此对这
7、类产品仅做简洁介绍。YR-DC11智能电磁流量计是国内首款模块化设计、带视窗、在线更换核心部件、长度可调和故障自诊断的全智能型流量计，六大核心专利技术，与其他厂家生产的传统模拟或智能电磁流量计有特别大的区分，尤其在测量精度牢靠性、稳定性、可以修改流量计量程、使用功能和使用寿命等方面。电磁流量计设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全有用、显示直观、操作使用便利。模块化电磁流量计的特点：1、一体、分体两用式，随便选择；2、流体状态可视，不再猜想（流量计内的介质是否满管，通过视窗可见，一目了然）3、长度自由调整，极大适应现场（可以直接替代国内外任何厂家产品，不用更改现场管道长度）；4、在线带压可
8、拆，便于维护（使用者可以在线更换流量计电极等部件，故障产品不用返厂，不耽搁生产）；5、模块化设计，售后零等待（输入更换部件的参数，流量计CPU自动调试到出厂状态）；6、进一步智能，供应牢靠保障（流量计带故障自诊断，便利用户直观推断故障所在部位和故障缘由）； 图4 带视窗电磁流量计 3、涡街流量计涡街流量计是在流体中安放一根(或多根)非流线形阻流体(bluffbody)，流体在阻流体两侧交替地分别释放出两串规章的旋涡，在肯定的流量范围内旋涡分别频率正比于管道内的平均流速，通过采纳各种形式的检测元件测出旋涡频率，就可以推算出流体的流量。应当看到，涡街流量计尚属进展中的流量计，无论其理论基础或实践阅
9、历尚较差。至今最基本的流量方程常常引用卡曼涡街理论，而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞(匀称流场)中试验得出的，它与封闭管道中具有三维不匀称流场旋涡分别的规律是不一样的。至于实践阅历更是需要通过长期应用才能积累。一般流量计出厂校验是在试验室参考条件下进行的，在现场偏离这些条件不行避开。工作条件的偏离究竟会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确。这些都说明流量计的快速进展需要基础讨论工作必需跟上，否则在有用中常常会消失一些预料不到的问题。涡街流量计原理：在流体中设置旋涡发生体(阻流体)，从旋涡发生体两侧交替地产生有规章的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街(见图5)，旋涡列在旋涡发生体下
10、游非对称地排列。图5 涡街流量计原理依据卡曼涡街原理，有如下关系式： 式中m为旋涡发声体两侧弓形面积与管道横截面面积之比；D为表体通径；d为旋涡发生体迎面宽度；f为旋涡的发生频率；u1为旋涡发生体两侧平均流速；Sr为斯特劳哈尔数；u为被测介质流的平均速度。管道内体积流量qv为： 式中K为流量计的仪表系数，单位为脉冲数/m3。K除了与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体外形及雷诺数有关，图6所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。图6 斯特劳尔数与雷诺数关系曲线由图6可见，在Re=21047105的范围内，Sr可视为常
11、数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，涡街流量计的流量计算式为：式中qvm为标准状态下（0或20，101.325kPa）体积流量；Pn为标准状态下肯定压力；P工况下的肯定压力；Tn标准状态下热力学温度；T为工况下气体压缩系数；Z为工况下气体压缩系数。涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，及仪表系数在肯定雷诺系数范围内仅与旋涡发生体及管道的外形尺寸等有关。但是在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计应同时检测体积流量和流体密度，流体物性和组分就会对流量计量产生直接影响。图7 智能涡街流量计涡街流量计由传感器和转换器两部分组成，如图7所示。传感器包括旋涡发生体、检
12、测元件、仪表表体等，转换器包括前置放大器、滤波整形电路、DAC、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通信及其他功能模块装在转换器内。4、超声波流量计超声波在流淌的流体中传播时就载上流体流速的信息、因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。依据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及，相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术快速进展才开头应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观看的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行放开水流的流量测量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件，故
13、不会转变流体的流淌状态、不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行，因而是一种抱负的节能型流量计。目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是由于一般流量计随着测量管径的增大会引来制造和运输困难、造价提高、能损加大、安装不便等缺点，超声波流量计可避开这些缺点。由于各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其他类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加。超声波流量计被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮
14、机循环水量等大管径流量，比过去的皮托管流速计便利得多。超声波流量计也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。5、文丘里管文丘里管(见图8)是新一代差压式流量测量仪表，其基本测量原理与标准孔板相同，是以能量守恒定律-伯努利方程和流淌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像的几何廓形，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像。内文丘里管的这种结构特点，使
15、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淌调整(整流)，从而实现了高精确度与高稳定性的流量测量。图8 文丘里管文丘里管按结构分为内藏式文丘里管和插入式文丘里管。在钢铁厂热风炉的助燃风、冷风、煤气计量(高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气)及热电厂的锅炉一次风、二次风大管径、低流速管道计测量中收到了良好的效果。解决了现行工业企业中低压、大管径、低流速各类气体流量的精确测量，是一种测量范围宽、安装便利的流体测量装置。文丘里管测量原理：当布满管道的流体流经管道内的节流件时，将在文丘里管喉颈处形成局部收缩，因而流速增加
16、，静压力降低，于是在文丘里管喉颈前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流淌连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。 式中qm为质量流量（kg/s）；qv为体积流量（m3/s）；C为流出系数；为可膨胀性系数；d为节流件开孔直径；为直径比，=d/D；D为管道内径；1为被测流体密度，kg/m的；P为差压。 6、阿牛巴流量计阿牛巴流量计(又称笛形均速管流量计和托巴管流量计)属于差压式流量计。是采纳皮托管测量原理测量挡体上游的动压力与下游的静压力之间形成的压差，从而达到测量流量的目的。测量管道直径在DN20到DN12000之间。阿牛巴流量计主要用于工业过程中各种能源如液体、燃料
