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各種流量計優(yōu)缺點匯總以及應用概況

編輯:多欽儀表  發(fā)布時間:2017.05.17 10:28:59   來源:多欽儀表

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多欽儀表 專業(yè)流量計

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舊式的60多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計。

此外,按測量原理可分為如下幾個大類:

力學原理:屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式;利用動量定理的沖量式、可動管式;利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式;利用流體動量原理的靶式;利用角動量定理的渦輪式;利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式;利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。

電學原理:用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。

聲學原理:利用聲學原理進行流量測量的有超聲波式.聲學式(沖擊波式)等。

熱學原理:利用熱學原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。

光學原理:激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。

原子物理原理:核磁共振式、核輻射式等是屬于此類原理的儀表.

其它原理:有標記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。

本文按照目前最流行、最廣泛的分類法分別來闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內(nèi)外的發(fā)揮在那情況:

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一、電磁流量計

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1、優(yōu)點

?(1) 電磁流量計可用來測量工業(yè)導電液體或漿液。

?(2) 無壓力損失。

?(3) 測量范圍大,電磁流量變送器的口徑從2.5mm到2.6m。

?(4) 電磁流量計測量被測流體工作狀態(tài)下的體積流量,測量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。

?2、缺點

?(1) 電磁流量計的應用有一定局限性,它只能測量導電介質(zhì)的液體流量,不能測量非導電介質(zhì)的流量,例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條件下其襯里需考慮。

(2) 電磁流量計是通過測量導電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計量要求,對于液態(tài)介質(zhì),應測量質(zhì)量流量,測量介質(zhì)流量應涉及到流體的密度,不同流體介質(zhì)具有不同的密度,而且隨溫度變化。如果電磁流量計轉(zhuǎn)換器不考慮流體密度,僅給出常溫狀態(tài)下的體積流量是不合適的。

(3) 電磁流量計的安裝與調(diào)試比其它流量計復雜,且要求更嚴格。變送器和轉(zhuǎn)換器必須配套使用,兩者之間不能用兩種不同型號的儀表配用。在安裝變送器時,從安裝地點的選擇到具體的安裝調(diào)試,必須嚴格按照產(chǎn)品說明書要求進行。安裝地點不能有振動,不能有強磁場。在安裝時必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測流體等電位。在使用時,必須排盡測量管中存留的氣體,否則會造成較大的測量誤差。

(4) 電磁流量計用來測量帶有污垢的粘性液體時,粘性物或沉淀物附著在測量管內(nèi)壁或電極上,使變送器輸出電勢變化,帶來測量誤差,電極上污垢物達到一定厚度,可能導致儀表無法測量。

(5) 供水管道結(jié)垢或磨損改變內(nèi)徑尺寸,將影響原定的流量值,造成測量誤差。如100mm口徑儀表內(nèi)徑變化1mm會帶來約2%附加誤差。

(6) 變送器的測量信號為很小的毫伏級電勢信號,除流量信號外,還夾雜一些與流量無關(guān)的信號,如同相電壓、正交電壓及共模電壓等。為了準確測量流量,必須消除各種干擾信號,有效放大流量信號。應該提高流量轉(zhuǎn)換器的性能,最好采用微處理機型的轉(zhuǎn)換器,用它來控制勵磁電壓,按被測流體性質(zhì)選擇勵磁方式和頻率,可以排除同相干擾和正交干擾。但改進的儀表結(jié)構(gòu)復雜,成本較高。

(7) 價格較高。

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二、超聲波流量計

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超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適于解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點,它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。

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1、優(yōu)點

(1) 超聲波流量計是一種非接觸式測量儀表,可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會改變流體的流動狀態(tài),不會產(chǎn)生壓力損失,且便于安裝。

(2) 可以測量強腐蝕性介質(zhì)和非導電介質(zhì)的流量。

(3) 超聲波流量計的測量范圍大,管徑范圍從20mm~5m.

(4) 超聲波流量計可以測量各種液體和污水流量。

(5) 超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數(shù)的影響??梢宰龀晒潭ㄊ胶捅銛y式兩種形式。

2、缺點

(1) 超聲波流量計的溫度測量范圍不高,一般只能測量溫度低于200℃的流體。

(2) 抗干擾能力差。易受氣泡、結(jié)垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。

(3) 直管段要求嚴格,為前20D,后5D。否則離散性差,測量精度低。

(4) 安裝的不確定性,會給流量測量帶來較大誤差。

(5) 測量管道因結(jié)垢,會嚴重影響測量準確度,帶來顯著的測量誤差,甚至在嚴重時儀表無流量顯示。

(6) 可靠性、精度等級不高(一般為1.5~2.5級左右),重復性差。

(7) 使用壽命短(一般精度只能保證一年)。

(8) 超聲波流量計是通過測量流體速度來確定體積流量,對液體應該測量它的質(zhì)量流量,儀表測量質(zhì)量流量是通過體積流量乘以人為設(shè)定的密度后得到的,當流體溫度變化時,流體密度是變化的,人為設(shè)定密度值,不能保證質(zhì)量流量的準確度。只能在測量流體速度的同時,又測量了流體密度,才能通過運算,得到真實質(zhì)量流量值。

(9) 價格較高。

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三、渦街流量計

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1、優(yōu)點

(1) 渦街流量計無可動部件,測量元件結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠,使用壽命長。

(2) 渦街流量計測量范圍寬。量程比一般能達到1:10。

(3) 渦街流量計的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數(shù)的影響。一般不需單獨標定。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。

(4) 它造成的壓力損失小。

(5) 準確度較高,重復性為0.5%,且維護量小。

2、缺點

(1) 渦街流量計工作狀態(tài)下的體積流量不受被測流體溫度、壓力、密度等熱工參數(shù)的影響,但液體或蒸汽的最終測量結(jié)果應是質(zhì)量流量,對于氣體,最終測量結(jié)果應是標準體積流量。質(zhì)量流量或標準體積流量都必須通過流體密度進行換算,必須考慮流體工況變化引起的流體密度變化。

(2) 造成流量測量誤差的因素主要有:管道流速不均造成的測量誤差;不能準確確定流體工況變化時的介質(zhì)密度;將濕飽和蒸汽假設(shè)成干飽和蒸汽進行測量。這些誤差如果不加以限制或消除,渦街流量計的總測量誤差會很大。

(3) 抗振性能差。外來振動會使渦街流量計產(chǎn)生測量誤差,甚至不能正常工作。通道流體高流速沖擊會使渦街發(fā)生體的懸臂產(chǎn)生附加振動,使測量精度降低。大管徑影響更為明顯。

(4) 對測量臟污介質(zhì)適應性差。渦街流量計的發(fā)生體極易被介質(zhì)臟污或被污物纏繞,改變幾何體尺寸,對測量精度造成極大影響。

(5) 直管段要求高。專家指出,渦街流量計直管段一定要保證前40D后20D,才能滿足測量要求。

(6) 耐溫性能差。渦街流量計一般只能測量300℃以下介質(zhì)的流體流量。

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四、孔板流量計

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1、優(yōu)點?

(1) 標準節(jié)流件是全世界通用的,并得到了國際標準組織的認可,無需實流校準,即可投用,在流量計中亦是唯一的。

(2) 結(jié)構(gòu)易于復制,簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉;

(3) 應用范圍廣,包括全部單相流體(液、氣、蒸汽)、部分混相流,一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆有產(chǎn)品。

(4) 檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn),便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn);

2、缺點

(1) 測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平,由于眾多因素的影響錯綜復雜,精確度難于提高。

(2) 范圍度窄,由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān),一般范圍度僅3∶1 ~ 4∶1。

(3) 有較長的直管段長度要求,一般難于滿足。尤其對較大管徑,問題更加突出

(4) 壓力損失大;

通常為維持一臺孔板流量計正常運行,水泵需要附加動力克服孔板的壓力損失。該附加耗電量可直接由壓力損失和流量計算確定。一年約需多耗電數(shù)萬度,折合人民幣數(shù)萬元。下表中列出了孔板在正常壓力損失情況下的能耗計算結(jié)果。其中運行天數(shù)按三百五十天計算,電價按0.35元/度計算。由表中計算電耗數(shù)據(jù)可見,孔板的附加運行費用是極高的,而采用彎管流量計該運行費用為零!

(5) 孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度,因此對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感,長期使用精度難以保證,需每年拆下強檢一次。

(6) 采用法蘭連接,易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題,大大增加了維護工作量。

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五、熱式質(zhì)量流量計(恒溫差)

熱式流量計傳感器包含兩個傳感元件,一個速度傳感器和一個溫度傳感器。它們自動地補償和校正氣體溫度變化。儀表的電加熱部分將速度傳感器加熱到高于工況溫度的某一個定值,使速度傳感器和測量工況溫度的傳感器之間形成恒定溫差。當保持溫差不變時,電加熱消耗的能量,也可以說熱消散值,與流過氣體的質(zhì)量流量成正比。

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1、優(yōu)點

?(1)?球閥安裝,安裝拆卸方便。并可以帶壓安裝。

?(2) 基于金氏定律,直接測量質(zhì)量流量。測量值不受壓力和溫度影響。

?(3) 響應迅速。

?(4) 量程范圍大,管道式安裝最小可以測量8.8mm管道的流量,最大可以測到30’’

(5) 插入式類型的流量計,一支流量計可以用于測量多種管徑。

2、缺點

?(1)?精度不及其他類型流量計,一般為3%。

?(2) 適用范圍窄,只能用于測量干燥的非爆炸性的氣體,如壓縮空氣、氮氣、氬氣及其他中性氣體。

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六、靶式流量計

1、優(yōu)點

(1) 感測件為無可動部件,結(jié)構(gòu)簡單牢固;

(2) 應用范圍和適應性很廣泛,一般工業(yè)過程中的流體介質(zhì),包括液、氣和蒸汽,口徑范圍(DN15以上),各種工作狀態(tài)(高、低溫,常壓、高壓)皆可應用,可以說其應用范圍可與孔板流量計相比美。
(3)?準確度高,總量測量可達0.2%R;
(4) 范圍度寬,4:1~15:1至30:1;
(5) 可解決困難的流量測量問題,如測量含有雜質(zhì)(微粒)之類的臟污流體;原油、污水、高溫渣油、漿液、燒堿液,瀝青等;
(6) 靈敏度高,能測量微小流量,流速可低至0.08m/s;
(7) 用于小口徑(DN15~DN50),低雷諾數(shù)(Red=103~5×103)的流體,它可以彌補標準節(jié)流裝置難以應用的場合,如小口徑蒸汽流量測量等;
(8) 可適應高參數(shù)流體的測量,壓力高達數(shù)十MPa,溫度達450℃;
(9) 可用于雙向流動流體的測量;
(10) 壓力損失較低,約為標準孔板的一半;
(11) 抗上游阻流件干擾能力強,上游側(cè)直管段長度一般5~10D即可;
(12) 可采取干式(掛重法)校驗,給用戶周期校驗帶來方便;
(13) 直讀式儀表無需外能源,清晰明了,操作簡便,亦可輸出標準信號(脈沖頻率或電流信號);
(14) 儀表性能價格比高,為經(jīng)濟實惠的流量計;
(15) 安裝簡單方便,易維護。

?2、缺點

(1) 由于靶式流量計靶片及靶桿有自重,安裝好后必須重新設(shè)置零點 ;

(2) 精度不是很高,一般做為過程控制類計量儀表,貿(mào)易結(jié)算慎用;

(3) 不適合流體開關(guān)非常頻繁的工況,持續(xù)工作的情況下應用較好;

(4) 量程窄,一般儀表均為10:1的范圍度。

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七、差壓式流量計

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差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件與流體相互作用產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換器和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類,如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計、皮托管原理式-畢托巴流量計等。

二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數(shù),也可測量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。

差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測件又可按其標準化程度分為二大類:標準的和非標準的。

所謂標準檢測件是只要按照標準文件設(shè)計、制造、安裝和使用,無須經(jīng)實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。

非標準檢測件是成熟程度較差的,尚未列入國際標準中的檢測件。差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。由于各種新型流量計的問世,它的使用量百分數(shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計。

差壓式流量計流體體積流量公式為:

v=aA √2/j(p-q)

v--體積

j--液體密度

a--流量系數(shù),與流道尺寸 取壓方式和流速公布有關(guān)

A--孔板開孔面積

p-q--壓力差

1、?優(yōu)點

(1) 應用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長;

(2) 應用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬;?

(3) 檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。

2、缺點

(1) 測量精度普遍偏低;

(2) 范圍度窄,一般僅3:1~4:1;

(3) 現(xiàn)場安裝條件要求高;

(4) 壓損大(指孔板、噴嘴等)。

3、應用概況

差壓式流量計應用范圍特別廣泛。在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用。如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。

(1) 常用標準節(jié)流裝置(孔板)、(噴嘴)、(文丘利管)。

(2) 常用非標準節(jié)流裝置有(雙重孔板)、(圓缺孔板)、(1/4圓噴嘴)和(文丘利噴嘴)。

(3) 孔板常用取壓方法有(角接取壓)、(法蘭取壓),其它方法有(理論取壓)、(徑距取壓)和(管接取壓)。

(4) 標準孔板法蘭取壓法,上下游取壓孔中心距孔板前后端面的間距均為(25.4±0.8)mm,也叫1英寸法蘭取壓。

(5) 1151變送器的工作電源范圍(12)vdc到(45)vdc,負載從(0)歐姆到(1650)歐姆。

?(6)?1151dp4e變送器的測量范圍是(0~6.2)到(0~37.4)kpa。

?(7)?1151差壓變送器的最大正遷移量為(500%),最大負遷移量為(600%)。

?(8)?管道內(nèi)的流體速度,一般情況下,在(管道中心線)處的流速最大,在(管壁)處的流速等于零。

(9) 若(雷諾數(shù))相同,流體的運動就是相似的。

(10) 當充滿管道的流體流經(jīng)節(jié)流裝置時,流束將在(縮口)處發(fā)生(局部收縮),從而使(流速)增加,而(靜壓力)降低。

(11) 1151差壓變送器采用可變電容作為敏感元件,當差壓增加時,測量膜片發(fā)生位移,于是低壓側(cè)的電容量(增加),高壓側(cè)的電容量(減少)

(12) 1151差壓變送器的最小調(diào)校量程使用時,則最大負荷遷移為量程的(600%),最大正遷移為(500%),如果在1151的最大調(diào)校量程使用時,則最大負遷移為(100%),正遷移為(0%)。

(13) 1151差壓變送器的精度為(±0.2%)和(±0.25%)?!∽ⅲ捍蟛顗鹤兯推鳛椤?.25%

(14) 常用的流量單位、體積流量為(m3/h)、(t/h),質(zhì)量流量為(kg/h)、(t/h),標準狀態(tài)下氣體體積流量為(nm3/h)。

(15) 用孔板流量計測量蒸汽流量,設(shè)計時,蒸汽的密度為4.0kg/m3,而實際工作時的密度為3kg/m3,則實際指示流量是設(shè)計流量的(0.866)倍。

(16) 用孔板流量計測量氣氨流量,設(shè)計壓力為0.2mpa(表壓),溫度為20℃,而實際壓力為0.15mpa(表壓),溫度為30℃,則實際指示流量是設(shè)計流量的(0.897)倍。

(17) 節(jié)流孔板前的直管段一般要求(10)d,孔板后的直管段一般要求(5)d,為了正確測量,孔板前的直管段最好為(30~50)d,特別是孔板前有泵或調(diào)節(jié)閥時更是如此。

(18) 為了使孔板流量計的流量系數(shù)α趨向定值,流體的雷諾數(shù)應大于(界限雷諾數(shù))。

(19) 在孔板加工的技術(shù)要求中,上游平面應和孔板中心線(垂直),不應有(可見傷痕),上游面和下游面應(平行),上游入口邊緣應(銳利無毛刺和傷痕)。

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八、容積式流量計

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容積式流量計,又稱定排量流量計,簡稱PD流量計,在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。

容積式流量計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

1、優(yōu)點

(1) 計量精度高;

(2)?安裝管道條件對計量精度沒有影響;

(3) 可用于高粘度液體的測量;

(4) 范圍度寬;

(5) 直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計總量,清晰明了,操作簡便。

2、缺點

(1) 結(jié)果復雜,體積龐大;

(2) 被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大:

(3)?不適用于高、低溫場合;

(4) 大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

(5) 產(chǎn)生噪聲及振動。

應用概況

容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量最大的流量計,常應用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。

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1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)為34萬臺,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別占70%和20%

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