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液體流量計(jì)分類及工作原理
發(fā)布時(shí)間:2021-03-12 06:39:03??點(diǎn)擊次數(shù):2131次
流量計(jì)是過程自動(dòng)化儀表與裝置中重要的測(cè)量儀表之一,按著被測(cè)介質(zhì)的物理屬性劃分,可分為液體流量計(jì)和氣體流量計(jì)。其中,液體流量計(jì)的種類有很多種,常見的液體流量計(jì)有:渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、明渠流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)等。下面分別闡述各種流量計(jì)的原理及特點(diǎn)。
1、渦街流量計(jì)。渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理研究生產(chǎn)的測(cè)量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。渦街流量計(jì)幾乎可以測(cè)量所有的氣體、液體和蒸汽的流量。
渦街流量計(jì)工作原理
在流體中設(shè)置非流線型旋渦發(fā)生體(阻流體),則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街,如圖(一)所示。
旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為 f,被測(cè)介質(zhì)來流的平均速度為 V,旋渦發(fā)生體迎流面寬度為 d,表體通徑為 D,根據(jù)卡曼渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=StV/d 公式(1)
式中:
f-發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門旋渦頻率
St-斯特羅哈爾數(shù)(無量綱數(shù))
V-流體的平均流速
d-旋渦發(fā)生體的寬度
由此可見,通過測(cè)量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時(shí)流量。其中,斯特羅哈爾數(shù)(St)是無因次未知數(shù),圖(二)表示斯特羅哈爾數(shù)(St)與雷諾數(shù)(Re)的關(guān)系。
在曲線表中 St=0.17 的平直部分,漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測(cè)量范圍度。只要檢測(cè)出頻率 f 就可以求得管內(nèi)流體的流速,由流速 V 求出體積流量。所測(cè)得的脈沖數(shù)與體積量之比,稱為儀表常數(shù)(K),見式(2)
K=N/Q(1/m3) 公式(2)
式中:K=儀表常數(shù)(1/m3)。
N=脈沖個(gè)數(shù)
Q=體積流量(m3)
2、渦輪流量計(jì)。這里的渦輪流量計(jì)主要是指液體渦輪流量計(jì),渦輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì),當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量計(jì)時(shí),流體使葉輪旋轉(zhuǎn)。葉輪的旋轉(zhuǎn)速度與流體的速度相關(guān),通過葉輪感受到的流體平均流速,推導(dǎo)出流量或總量。渦輪流量計(jì)具有精度高,重復(fù)性好,結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)動(dòng)部件少,耐高壓,測(cè)量范圍寬,體積小,重量輕,壓力損失小,維修方便等優(yōu)點(diǎn)。
渦輪流量計(jì)部件組成
通常渦輪流量計(jì)由整流器、儀表管段、傳感器和前置放大器構(gòu)成。
整流器是為了消除或減少流動(dòng)中的漩渦流、偏心流等各種非軸對(duì)稱流和脈動(dòng)流而設(shè)置于流量計(jì)前端管道中的裝置。
儀表管段是指包括整流器、上下游直管段以及流量計(jì)在內(nèi)的配管部分。
傳感器是把轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。通常把渦輪流量計(jì)中感知流體流速的渦輪及其組合(包括前后導(dǎo)流架、軸承、殼體及前置放大器)統(tǒng)稱為渦輪流量傳感器。
前置放大器是為了傳送傳感器的電信號(hào)而對(duì)其進(jìn)行放大、整形,從而得到輸出信號(hào)的裝置。將輸出信號(hào)的信號(hào)處理、轉(zhuǎn)換部分稱為二次儀表或顯示儀表。
渦輪流量計(jì)工作原理
流體通過傳感器殼體時(shí),由于葉輪的葉片與流向有一定的角度,流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn),在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,在一定的條件下,轉(zhuǎn)速與流速成正比,由于葉片有導(dǎo)磁性,它處于信號(hào)檢測(cè)器(由永久磁鋼和線圈組成)的磁場(chǎng)中,旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線,周期性的改變著線圈的磁通量,從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號(hào),此信號(hào)經(jīng)過放大器的放大整形,形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波,可傳至顯示儀表,顯示出流體的瞬時(shí)流量或累積流量。
在一定的流量范圍內(nèi),脈沖頻率 f 與流經(jīng)傳感器的流體的瞬時(shí)流量 Q 成正比,流量方程為:
式中 qv —— 流體的瞬時(shí)流量(工作狀態(tài)下)m3/h ;
f —— 脈沖頻率,Hz;
K —— 傳感器的儀表系數(shù) m-3 ,由校驗(yàn)單給出。
每臺(tái)傳感器的儀表系數(shù)由我公司填寫在檢定**中,K 值設(shè)入配套的顯示儀表中,便可顯示出瞬時(shí)流量和累積總量。
3、電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)是應(yīng)用法拉*電磁感應(yīng)原理, 根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場(chǎng)時(shí)感生的電動(dòng)勢(shì)來測(cè)量導(dǎo)電流體流量的一種流量計(jì)。電磁流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)簡單,無可動(dòng)部件和阻流部件,無壓力損失,可測(cè)量腐蝕性介質(zhì),不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、粘度、密度以一定范圍的電導(dǎo)率的影響等。缺點(diǎn)是只能測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。
電磁流量計(jì)工作原理(見圖 1-1)
流量計(jì)測(cè)量原理是基于法拉*電磁感應(yīng)規(guī)律。流量計(jì)的測(cè)量管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金短管。兩只電*沿管徑方向穿通管壁固定在測(cè)量管上。其電*頭于襯里內(nèi)表面基本齊平。勵(lì)磁線圈由雙向方波脈沖勵(lì)磁時(shí),將在與測(cè)量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通量密度為 B 的工作磁場(chǎng)。此時(shí),如果具有一定電導(dǎo)率的流體流經(jīng)測(cè)量管,將切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì) E。電動(dòng)勢(shì) E 正比于磁通量密度 B,測(cè)量管內(nèi)徑 d 與平均流速 V的乘積、電動(dòng)勢(shì) E(流量信號(hào))由電*檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將流量信號(hào)放大處理后,可顯示流體流量,并能輸出脈沖,模擬電流信號(hào),用于流量的測(cè)量和控制。
式中:
E---------為電*間的信號(hào)電壓(v)
B---------磁通密度(T)
d---------測(cè)量管內(nèi)徑(m)
V--------平均流速(m/s)
K---------常數(shù)
由于 K 為常數(shù),勵(lì)磁電流是恒流的,故 B 也是常數(shù),則由(1-1)式可知,體積流量 Q 與信號(hào)電壓 E 成正比,即流速感應(yīng)的信號(hào)電壓 E 與體積流量 Q 成線性關(guān)系。因此,只要測(cè)量出 E 就可確定流量 Q,這就是電磁流量計(jì)的基本工作原理。
由(1-1)式可知,被測(cè)流體介質(zhì)的溫度、密度、壓力、導(dǎo)電率、液固兩相流體介質(zhì)的液固成分比等參數(shù)不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。至于流動(dòng)狀態(tài)只要符合軸對(duì)稱流動(dòng)(如層流或紊流)就不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的。因此說電磁流量計(jì)是一種真正的體積流量計(jì)。
4、超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)是以 “速度差”為原理,測(cè)量圓管內(nèi)液體流量的儀表。超聲波流量計(jì)可作非接觸測(cè)量,檢測(cè)件內(nèi)無阻礙物,無可動(dòng)部件,測(cè)量精度幾乎不受被測(cè)液體溫度、壓力、黏度、密度等參數(shù)的影響。超聲波流量計(jì)適用于測(cè)量強(qiáng)腐蝕性、易燃易爆、大口徑或不易接觸測(cè)量的介質(zhì)流量。
5、容積式流量計(jì)。容積式流量計(jì)用于測(cè)量液體體積流量,它將流體引入計(jì)量空間內(nèi),并計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)。葉輪、齒輪、活塞或刮板等用以分流流體。容積式流量計(jì)的精確度較高,是測(cè)量粘性液體的幾種方法之一。容積式流量計(jì)主要品種有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)、彈性刮板式流量計(jì)等。
容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)與工作原理
橢圓齒輪流量計(jì)由流量變送器和計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)組成。變送器與計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)之間加裝散熱器,則構(gòu)成高 溫型流量計(jì)。送變器由裝有一對(duì)橢圓齒輪轉(zhuǎn)子的計(jì)量室和密封聯(lián)軸器組成,計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)則包含減速機(jī) 構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器、發(fā)訊器。
計(jì)量室內(nèi)由一對(duì)橢圓齒輪與蓋板構(gòu)成初月形空腔作為流量的計(jì)量單位。橢圓齒輪靠流量計(jì)進(jìn)出 口壓力差推動(dòng)而旋轉(zhuǎn),從而不斷地將液體經(jīng)初月形空腔計(jì)量后送到出口處,每轉(zhuǎn)流過的液體是初月 形空腔的四倍,由密封聯(lián)軸器將橢圓齒輪轉(zhuǎn)的總數(shù)以及旋轉(zhuǎn)的快慢傳遞給計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)或發(fā)訊器,便可 知道通過管道中液體總量和瞬時(shí)流量。
1.各種計(jì)數(shù)器功能及代號(hào)
2.型號(hào)及主要零件材質(zhì)
*如有特殊需要請(qǐng)另行注明
6、差壓式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)是采用介質(zhì)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在一定關(guān)系的工作原理進(jìn)行測(cè)定的。差壓式流量計(jì)包括孔板、文丘里管、噴嘴和均速管等。差壓式流量計(jì)可用于測(cè)量大多數(shù)液體、氣體和蒸汽的流速。差壓式流量計(jì)沒有移動(dòng)部分,應(yīng)用廣泛,易于使用。但堵塞后,它會(huì)產(chǎn)生壓力損失,影響精確度。
差壓式流量計(jì)原理及結(jié)構(gòu)
節(jié)流裝置是測(cè)量流量的差壓感受元件。配合差壓變送器以及多功能流量積算、控制、記錄儀表,組成流量測(cè)量系統(tǒng);對(duì)于氣體、蒸汽、密度變化較大流體流量測(cè)量,*好增加壓力變送器、溫度傳感器組成溫壓補(bǔ)償系統(tǒng),對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行修正,以求更加精確的流量測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)節(jié)流裝置與溫度傳感器配合使用,配合熱能積算功能儀表組成流量、熱能測(cè)量系統(tǒng)。由于節(jié)流裝置技術(shù)成熟,安裝方便,使用穩(wěn)定可靠,價(jià)格合理等特點(diǎn),在流量儀表中應(yīng)用廣泛,幾乎可以應(yīng)用所有流量測(cè)量范圍。
節(jié)流裝置由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件,取壓裝置和符合要求的前、后直管組成。
節(jié)流組件由節(jié)流件、取壓裝置(包括取壓口、引壓短管、一次閥門)、配套法蘭組成。
充滿管道的流體,當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí),流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流處形成局部收縮,從而使收縮面內(nèi)平均流速增加,在節(jié)流件的上游側(cè)靜壓力上升,下游側(cè)靜壓力降低,于是在節(jié)流裝置前后便產(chǎn)生了壓力降或叫差壓△P,介質(zhì)的流速愈大,在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也就愈大,所以可通過測(cè)量壓差來衡量流體流量的大小。這種測(cè)量方法是以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的。
7、轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)是根據(jù)節(jié)流原理測(cè)量流體流量的,但是它是改變流體的流通面積來保持轉(zhuǎn)子上下的差壓恒定,故又稱為變流通面積恒差壓流量計(jì),也稱為浮子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)是工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室常用的一種流量計(jì)。它具有結(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)構(gòu)簡單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)適用于測(cè)量通過管道直徑D<150mm的小流量,也可以測(cè)量腐蝕性介質(zhì)的流量。
原理結(jié)構(gòu)
由下而上的流體通過直立的測(cè)量管時(shí),浮子在壓差的作用下上升、浮子上升的高度即代表流量的大小。并通過浮子中的磁鋼與指示器中的磁鋼耦合聯(lián)結(jié)傳遞給指示器,帶動(dòng)指示器中的指針轉(zhuǎn)動(dòng)。
8、明渠流量計(jì)。明渠流量計(jì)的工作原理是利用明渠技術(shù),通過測(cè)量流體液位高度,再經(jīng)過儀器內(nèi)部的微處理器運(yùn)算得到流量。明渠流量計(jì)與其他封閉滿管流量儀表不同,是在非滿管狀態(tài)下或敞開渠道具有自由便面自然流的流量儀表。明渠原理的明渠流量計(jì)價(jià)格低廉、使用簡單,因而在明渠流量測(cè)量中被廣泛采用。
9、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。簡稱科氏力流量計(jì),是一種利用流體在振動(dòng)管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理來直接測(cè)量質(zhì)量流量的裝置,由流量檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換器組成??评飱W利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量流量的直接測(cè)量,具有高精度,可測(cè)多重介質(zhì)和多個(gè)工藝參數(shù)的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石化,制藥,食品等行業(yè)。