化工儀表的五種流量計(jì)介紹

化工儀表的五種流量計(jì)介紹電磁流量計(jì)在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)時(shí)，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量流量。電磁流量計(jì)的特點(diǎn)是能夠測(cè)量酸，堿，鹽溶液以及含有固體顆粒(例如泥漿)或纖維液體的流量。電磁流量計(jì)通常由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測(cè)介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢(shì)后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的0一10mA直流信號(hào)作為輸出，以便進(jìn)行指示，記錄或與電動(dòng)單元組合儀表配套使用。電磁流量計(jì)變送部分的原理圖如下圖所示。在一段用非導(dǎo)磁材料制成的管道外面，安裝有一對(duì)磁極N和S，用以產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)導(dǎo)電液體流過(guò)管道時(shí)，因流體切割磁力線而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢(shì)(根據(jù)發(fā)電機(jī)原理)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，其大小由下式?jīng)Q定;K稱為儀表常數(shù)，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B，管道直徑D確定不變后，K就是一個(gè)常數(shù)，這時(shí)感應(yīng)電勢(shì)的大小與體積流量之間具有線性關(guān)系，因而儀表具有均勻刻度。特點(diǎn):電磁流量計(jì)的測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件或突出于管內(nèi)的部件，因而壓力損失很小。在采取防腐襯里的條件下，可以用于測(cè)量各種腐蝕性液體的流量，也可以用來(lái)測(cè)量含有顆粒，懸浮物等液體的流量。此外，其輸出信號(hào)與流量之間的關(guān)系不受液體的物理性質(zhì)(例溫度，壓力，粘度等)變化和流動(dòng)狀態(tài)的影響。對(duì)流量變化反應(yīng)速度快，故可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量。缺點(diǎn)和注意事項(xiàng):電磁流量計(jì)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，其導(dǎo)電率要求不小于10-6一10-5L/(cm?Ω)，即不小于水的導(dǎo)電率。不能測(cè)量氣體，蒸汽及石油制品等的流量。由于液體中所感應(yīng)出的電勢(shì)數(shù)值很小，所以要引入高放大倍數(shù)的放大器，由此而造成測(cè)量系統(tǒng)很復(fù)雜，成本高，并且很容易受外界電磁場(chǎng)干擾的影響，在使用不恰當(dāng)時(shí)會(huì)大大地影響儀表的精度。在使用中要注意維護(hù)，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時(shí)要遠(yuǎn)離一切磁源(例如大功率電機(jī)，變壓器等)。不能有振動(dòng)。渦輪流量計(jì)在流體流動(dòng)的管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，當(dāng)流體通過(guò)葉輪時(shí)，流體的動(dòng)能使葉輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越高，動(dòng)能就越大，葉輪轉(zhuǎn)速也就越高。在規(guī)定的流量范圍和一定的流體粘度下，轉(zhuǎn)速與流速成線性關(guān)系，因此，測(cè)出葉輪的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過(guò)管道的流體流量或總量。下圖是渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖它主要由下列幾部分組成葉輪3是用高導(dǎo)磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。葉輪芯上裝有螺旋形葉片。流體作用于葉片上使之轉(zhuǎn)動(dòng)前導(dǎo)向件2是用以穩(wěn)定流體的流向和支承葉輪的磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器是由線圈和滋鋼組成，用以將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，以供給前置放大器5進(jìn)行放大。整個(gè)渦輪流量計(jì)安裝在外殼1上，外殼1是由非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，兩端與流體管道相連接。交變電信號(hào)的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比，也即與流量成正比。這個(gè)電信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，送往子計(jì)數(shù)器或電子頻率計(jì)，以累積或指示流量特點(diǎn):渦輪流量計(jì)安裝方便，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與葉片間不需密封和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而測(cè)量精度高，可耐高壓，靜壓可達(dá)50MPa。由于基于磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換原理。故反應(yīng)快，可測(cè)脈動(dòng)流量。輸出信號(hào)為電頻率信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。缺點(diǎn)和注意事項(xiàng):渦輪流量計(jì)的渦輪容易磨損，被測(cè)介質(zhì)中不應(yīng)帶機(jī)械雜質(zhì)，否則會(huì)影響測(cè)量精度和損壞機(jī)件。因此，一般應(yīng)加過(guò)濾器。安裝時(shí)，必須保證前后有一定的直管段，以使流向比較穩(wěn)定。一般入口直管段的長(zhǎng)度取管道內(nèi)徑的10倍以上，出口取5倍以上。橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)是屬于容積式流量計(jì)的—種。它對(duì)被測(cè)流體的粘度變化不敏感，特別使合干測(cè)量高粘度的流體(例如重油，聚乙烯醇，樹脂等)，甚至糊狀物的流量。1、工作原理橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量部分是由兩個(gè)相互嚙合的橢圓形齒輪A和B，軸及殼體組成。橢圓齒輪與殼體之間形成測(cè)量室，如圖所示如圖(a)，(b)，(c)所示，橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了1/4周，其所排出的被測(cè)介質(zhì)為一個(gè)半月形容積。所以，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的4倍。故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量QQ=4nV0式中

n

一橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度;V0——半月形測(cè)量室容積。橢圓齒輪流量計(jì)的流量信號(hào)(即轉(zhuǎn)速n)的顯示，有就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示兩種。2、使用特點(diǎn)由于橢圓齒輪流量計(jì)是基于容積式測(cè)量原理的，與流體的粘度等性質(zhì)無(wú)關(guān)。因此，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。但是，在使用時(shí)要特別注意被測(cè)介質(zhì)中不能含有固體顆粒，更不能夾雜機(jī)械物，否則會(huì)引起齒輪磨損以至損壞。為此，橢圓齒輪流量計(jì)的入口端必須加裝過(guò)濾器。另外，橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度有一定范圍，溫度過(guò)高，就有使齒輪發(fā)生卡死的可能。橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較為困難，因而成本較高。如果因使用不當(dāng)或使用時(shí)間過(guò)久，發(fā)生泄漏現(xiàn)象，就會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。轉(zhuǎn)子流量計(jì)節(jié)流裝置對(duì)管徑小于50mm，低雷諾數(shù)的流體的測(cè)量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量計(jì)則特別適宜于測(cè)量管徑50mm以下管道的流量，測(cè)量的流量可小到每小時(shí)幾升。1、工作原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)由兩個(gè)部件組成，轉(zhuǎn)子流量計(jì)一件是從下向上逐漸擴(kuò)大的錐形管;轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(dòng)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子流量計(jì)當(dāng)測(cè)量流體的流量時(shí)，被測(cè)流體從錐形管下端流入，流體的流動(dòng)沖擊著轉(zhuǎn)子，并對(duì)它產(chǎn)生一個(gè)作用力(這個(gè)力的大小隨流量大小而變化);當(dāng)流量足夠大時(shí)，所產(chǎn)生的作用力將轉(zhuǎn)子托起，并使之升高。同時(shí)，被測(cè)流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管壁間的環(huán)形斷面，這時(shí)作用在轉(zhuǎn)子上的力有三個(gè):流體對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)壓力、轉(zhuǎn)子在流體中的浮力和轉(zhuǎn)子自身的重力。流量計(jì)垂直安裝時(shí)，轉(zhuǎn)子重心與錐管管軸會(huì)相重合，作用在轉(zhuǎn)子上的三個(gè)力都沿平行于管軸的方向。當(dāng)這三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子就平穩(wěn)地浮在錐管內(nèi)某一位置上。對(duì)于給定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)子大小和形狀已經(jīng)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(duì)浮子的動(dòng)壓力是隨來(lái)流流速的大小而變化的。因此當(dāng)來(lái)流流速變大或變小時(shí)，轉(zhuǎn)子將作向上或向下的移動(dòng)，相應(yīng)位置的流動(dòng)截面積也發(fā)生變化，直到流速變成平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的速度，轉(zhuǎn)子就在新的位置上穩(wěn)定。對(duì)于一臺(tái)給定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)子在錐管中的位置與流體流經(jīng)錐管的流量的大小成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了使轉(zhuǎn)子在在錐形管的中心線上下移動(dòng)時(shí)不碰到管壁，通常采用兩種方法:一種是在轉(zhuǎn)子中心裝有一根導(dǎo)向芯棒，以保持轉(zhuǎn)子在錐形管的中心線作上下運(yùn)動(dòng)，另一種是在轉(zhuǎn)子圓盤邊緣開有一道道斜槽，當(dāng)流體自下而上流過(guò)轉(zhuǎn)子時(shí)，一面繞過(guò)轉(zhuǎn)子，同時(shí)又穿過(guò)斜槽產(chǎn)生一反推力，使轉(zhuǎn)子繞中心線不停地旋轉(zhuǎn)，就可保持轉(zhuǎn)子在工作時(shí)不致碰到管壁。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子材料可用不銹鋼、鋁、青銅等制成。2、測(cè)量范圍3、安裝注意為了能讓轉(zhuǎn)子流量計(jì)正常工作且能達(dá)到一定的測(cè)量精度，在安裝流量計(jì)時(shí)要注意以下幾點(diǎn):1、轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝在無(wú)振動(dòng)的管道上。流體自下而上流過(guò)流量計(jì),且垂直度優(yōu)于2°,水平安裝時(shí)水平夾角優(yōu)于2°;(現(xiàn)在有可水平安裝的轉(zhuǎn)子流量計(jì))2、為了方便檢修和更換流量計(jì)、清洗測(cè)量管道，安裝在工藝管線上的金屬管浮子流量計(jì)應(yīng)加裝旁路管道和旁路閥;3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口處應(yīng)有5倍管徑以上長(zhǎng)度的直管段，出口應(yīng)有250mm直管段;4、如果介質(zhì)中含有鐵磁性物質(zhì)，應(yīng)安裝磁過(guò)濾器;如果介質(zhì)中含有固體雜質(zhì)，應(yīng)考慮在閥門和直管段之間加裝過(guò)濾器;5、當(dāng)用于氣體測(cè)量時(shí)，應(yīng)保證管道壓力不小于5倍流量計(jì)的壓力損失，以使浮子穩(wěn)定工作;6、為了避免由于管道引起的流量計(jì)變形，工藝管線的法蘭必須與流量計(jì)的法蘭同軸并且相互平行，管道支撐以避免管道振動(dòng)和減小流量計(jì)的軸向負(fù)荷，測(cè)量系統(tǒng)中控制閥應(yīng)安裝在流量計(jì)的下游:7、測(cè)量氣體時(shí)，如果氣體在流量計(jì)的出口直接排放大氣，則應(yīng)在儀表的出口安裝閥門，否則將會(huì)在浮子處產(chǎn)生氣壓降而引起數(shù)據(jù)失真。8、安裝PTFE襯里的儀表時(shí)，法蘭螺母不要隨意不對(duì)稱擰得過(guò)緊，以免引起PTFE襯里變形;9、帶有液晶顯示的儀表，要盡量避免陽(yáng)光直射顯示器，以免降低液晶使用壽命;帶有鋰電池供電的儀表，要盡量避免陽(yáng)光直射、高溫環(huán)境(≥65℃)以免降低鋰電池的容量和壽命。差壓式流量計(jì)一、差壓式流量計(jì)差壓式(也稱節(jié)流式)流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。它是目前生產(chǎn)中測(cè)量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來(lái)的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號(hào)，經(jīng)常通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(電的或氣的)，以供顯示，記錄或控制用。1、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式(1)節(jié)流現(xiàn)象流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置，節(jié)流件是能使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的元件，應(yīng)用最廣泛的是孔板，其次是噴嘴，文丘里管等。下面以孔板為例說(shuō)明節(jié)流現(xiàn)象。流動(dòng)流體的能量有兩種形式，即靜壓能和動(dòng)能。這兩種形式的能量在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化，但是，根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，再加上克服流動(dòng)阻力的能量損失，在沒(méi)有外加能量的情況下，其總和是不變的。差壓式流量計(jì)，由于使用歷史長(zhǎng)久，已經(jīng)積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和完整的實(shí)驗(yàn)資料。因此，國(guó)內(nèi)外已把最常用的節(jié)流裝置，孔板，噴嘴，文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為"標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置"。標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)，尺寸，加工要求，取壓方法，使用條件等。例如：標(biāo)淮孔板對(duì)尺寸和公差，光潔度等都有詳細(xì)規(guī)定。其中d/D應(yīng)在0.2-0.8之間；最小孔徑應(yīng)不小于12.5mm；直孔部分的厚度h=(0.005一0.02)D；總厚度H<0.05D；錐面的斜角α=300一450等等。圖示在孔板前后流體的速度和壓力的分布情況。節(jié)流裝置前流體壓力較高，稱為正比，常以"十"標(biāo)志;節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負(fù)壓(注意不要與真空混淆)，常以"一"標(biāo)志。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動(dòng)的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，我們只要測(cè)出孔板前后兩側(cè)壓差的大小，即可表示流量的大小，這就是節(jié)流裝置測(cè)量流量的基本原理。值得注意的是:要準(zhǔn)確地測(cè)量出截面Ⅰ與截面Ⅱ處的壓力是有困難的，這是因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會(huì)改變的，事先根本無(wú)法確定。因此實(shí)際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來(lái)測(cè)量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化的。(2)流量基本方程式流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即Q=αεF0√2Δp/ρ1式中

α流量系數(shù)；它與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式，取壓方式，孔口截面積與管道截面積之比m，雷諾數(shù)Re，孔口邊緣銳度，管壁粗糙度等因素有關(guān);ε——膨脹校正系數(shù)，它與孔板前后壓力的相對(duì)變化量，介質(zhì)的等熵指數(shù)，孔口截面積與管道截面積之比等因素有關(guān)。應(yīng)用時(shí)可查閱有關(guān)手冊(cè)而得。但對(duì)不可壓縮的液體來(lái)說(shuō)，常取ε=1;F0——節(jié)流裝置的開孔截面積;Δp——節(jié)流裝置前后實(shí)際測(cè)得的壓力差;ρ1——節(jié)流裝置前的流體密度。2、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置我國(guó)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法為兩種，即角接取壓法和法蘭取壓法。所謂角接取壓法，就是在孔板(或噴嘴)前后兩端面與管壁的夾角處取壓。角接取壓方法可以通過(guò)環(huán)室或單獨(dú)鉆孔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測(cè)量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104~105以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。此外，為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上，下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管段。節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，但這個(gè)差壓信號(hào)還必須由導(dǎo)壓管引出，并傳遞到相應(yīng)的差壓計(jì)，以便顯示出流量的數(shù)值。3、差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差差壓式流量汁的應(yīng)用是非常廣泛的。但是，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)10%一20%(造成這些誤差是由于使用不當(dāng)引起的，而不是儀表本身的測(cè)量誤差)。下面列舉一些造成測(cè)量誤差的原因，以便在應(yīng)用中注意。(1)被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng)(2)節(jié)流裝置安裝不正確(3)孔板入口邊緣的磨損(4)導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞，滲漏現(xiàn)象①測(cè)量液體的流量時(shí)，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)部充滿同樣的液體而無(wú)氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。a

取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角α應(yīng)為00—450(如果從底部引出，液體中夾帶的固體雜質(zhì)會(huì)沉積在引壓管內(nèi)。引起堵塞，亦屬不宜)。b

引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定的坡度(至少1:20一1:10)，使氣泡易于排出。c

在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。如果差壓計(jì)只能裝在節(jié)流裝置之上時(shí)，則須加裝貯氣罐，如圖中的貯氣罐6與放空閥3。這樣，即使有少量氣泡，對(duì)差壓Δp的測(cè)量仍無(wú)影響。②測(cè)量氣體流量時(shí)，上述的這些基本原則仍然適用。盡管在引壓導(dǎo)管的連接方式上有些不同，其目的仍是要保持兩根導(dǎo)管內(nèi)流體的密度相等。a、取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。b、引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以便引壓導(dǎo)管中不滯留液體。c、如果差壓計(jì)必須裝在節(jié)流裝置之下，則須加裝貯液罐和排放閥。③測(cè)量蒸汽的流量時(shí)，要實(shí)現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問(wèn)題，以消除冷凝液液位的高低對(duì)測(cè)量精度的影響。取壓點(diǎn)從節(jié)流裝置的水平位置接出，并分別安