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1、常见流量测量仪表的优缺点 常见流量测量仪表(差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计、 电磁流量计)的优缺点按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为: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来分别阐述各 种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况 1.1 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)感受流体平均流速,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
2、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) 无零点漂移,抗干扰能力好; (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测量对象获得广泛 应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统 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天然 计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了 2600 多台各种尺寸, 压力从0.86.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成
3、为优良的天然 气计量仪表。 1.2 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释放出两串 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)不适用于低雷诺数测量; (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
4、验。 1.3电磁流量计 电磁流量计是根据法拉弟电磁感 应定律制成的一种测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问题,如脏污流、腐 蚀流的测量。 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)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含 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
5、流体。 缺 点: (1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品; (2)不能测量 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,如钢铁工业高炉风 口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀 液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食 品工业、生物化学等有卫生要求的场所。 1.4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
6、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
7、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3:14:1; (3)现场安装条件要求高; (4)压损大(指 孔板、喷嘴等)。 应用概况:
8、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 1/41/3。 1.5 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
9、 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 1214万台,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。 1.6 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
10、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
11、(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%。1.7 超声流量计 超声流量计是通过检测流体流动对超声束 (或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。 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
12、量测量困难 问题的一类流量计,特别在大口径流量测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 式测量; (2)为无流动阻挠测量,无压力损失; (3)可测量非导电 性液体,对无阻挠测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测量含 有一定量悬浮颗粒和气泡的液体; (2)多普勒法测量精度不 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、液化天然气等; (2)气体应用方 面在高压天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,
13、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。 1.8 科里奥利质量流量 计 科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中 流动时,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的应用起步较晩,近年已有几家制 造厂(如太行仪表厂) 自行开发供应市场;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。 1.9 明渠流量计 与前述 几种不同, 它是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量 仪表。 非满管态流动的水路称作明渠,测量明渠中水流流量的称 作明渠流量计(open channel flowme ter)。明渠流量计除圆形外, 还有U字形、梯形、矩形等多种形状。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、污水治理流入和排放渠; 工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。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。