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流量測量儀表基本原理

 發布時間:2020-06-10 點擊量:2208

流體流量的測量和調節是工業生產的重要環節。隨著工業生產的發展和節約能源的需要,流量測量愈引起人們的重視,流量儀表得到廣泛的應用,流量測量技術獲得較快的發展,這對于實現一生產工藝過程自動化、保證安全生產、提高經濟效益都將起到重要作用。

流量測量的關鍵在于儀表的正確選型和使用。流量儀表品種較多,使用范圍較廣。由于測量介質,諸如液體、氣體和蒸汽等以及工況條件的不同,對儀表有不同的要求。,因此,必須了解流量計的工作原理、結構性能以及被測介質的特性、流動狀態、管路情況以及生產工藝過程對儀表的要求,正確選用合適的儀表。其次,對儀表還必須使用得當和加強日常維護管理,才能取得滿意的效果。安裝不良、使用不當、維護管理不善往往導致儀表喪失精度或早期損壞,給生產造成損失,這在實際工作中屢見不鮮。

一、常用流量計的基本原理

流體在單位時間內流過管道或設備某橫截面處的數量稱為流量。該數量可以用體積、重量和質量來表示,流過的數量用體積計算的稱為體積流量,用質量計算的稱為質量流量,體積流量的單位為m3/s(也用m3/h, cm3/s, L/min表示),質量流量的單位為kg/s(也用kg/h表示)。

流量計是測量流量的儀表,它能指示和記錄某瞬時流體的流量值,累積某段時間間隔內流體的總量值。流量測量的方法很多,較常用的測量方法大體上可分為差壓式流量計、容積式流量計、速度式流量計、轉子流量計、漩渦流量計、靶式流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。由于流量測量方法的基礎理論都建立在不同的物理原理上,因此各類流量計就相應具有各不相同的特點以及不同的使用場合,為了適應各種工藝條件及要求的過程控制,在此將介紹幾種常用流量計儀表的工作原理。

(一)轉子流量計的基本原理

轉子流量計(如圖9-11)廣泛應用在各工藝部門中,主要由一根自下而上擴大的垂直錐形管

 

圖9-11 轉子流量計的工作原理圖

 

和一只隨流體流量大小而可以上下移動的錐形轉子所組成。轉子升降時,它的大外徑與錐形管之間的環隙面積隨轉子高度不同而變化。當流量增加時,轉子上升環形面積增大,并使轉子穩定在較高位置,此時高度h即可指示流量。故轉子流量計也稱為變面積流量計。根據其錐形管所選用的材料,可分為金屬管轉子流量計和玻璃管轉子流量計。金屬管轉子流量計帶有遠傳轉換機構,可以實現對流量的就地指示,并可對應被測流量的大小輸出氣、電標準信號,與電、氣動單元組合儀表配套使用,對流量進行指示或控制。因此金屬管轉子流量計也稱為遠傳轉子流量計。其工作原理:將轉子流量計的轉子與差動變壓器的鐵芯連接,使轉子帶動鐵芯一起運動,就可將流量大小轉換成感應電壓的大小,經放大后可輸出直流信號。

 

(二)差壓式流量計基本原理

差壓式流量計是一種使用歷史較悠久,實驗數據較完整的流量裝置。它是以測量流體流經節流裝置所產生的靜壓差來顯示流量大小的一種流量計。在壓力管路中加裝孔板(如圖9-12)、噴嘴、文丘利管等節流裝置,用差壓變送器測取節流裝置前后水流速度變化而形成的壓力差,用差值大小經開方器作開方運算后換算成流量,以輸出毫安級直流信號。

 

圖9-12 節流裝置的取壓方式

1-1—角接取壓法;2-2—法蘭取壓法;3-3—徑距取壓法;4-4—理論取壓法;5-5—管接取壓法

 (三)電磁流量計基本原理

電磁流量計(如圖9-13)是根據法拉第電磁感應定律研制出的一種測量導電液體體積流量的儀表。根據法拉第電磁感應定律,導電流體介質在水管中與外設磁場垂直方向流動而切割磁力線時,會在電極上產生感應電勢E,然后通過變換器放大,輸出直流信號,供顯示儀表。

     

           1-渦輪;2-導流器;3-磁電感應轉換器

          4-外殼;5-前置放大器

   (四)渦輪流量計基本原理

渦輪流量計(如圖9-14)是一種速度式流量測量儀表,它通過測定置于流體中的渦輪的轉速來反映流量的大小。渦輪流量計由渦輪流量傳感器(包括前置放大器)和流量積算儀組成,可實現瞬時流量和累積流量的計量。渦輪流量傳感器主要由殼體組件、葉輪組件、磁電感應轉換器(包括前置放大器)等所組成。其工作原理,當被測流體通過傳感器時,沖擊葉輪葉片,使葉輪旋轉,在一定的流量范圍內及一定的流體粘度下,葉輪轉速與流體流量成正比。而當葉輪轉動時,葉輪上由導磁不銹鋼制成的螺旋形葉片,依次接近處于管壁上的檢測線圈,周期性地改變檢測線圈磁電回路的磁阻,使通過線圈的磁通量發生變化而產生與流量成比例的脈沖電信號。此脈沖信號經前置放大器放大后送至二次儀表進行積算或顯示。

(五)漩渦流量計基本原理

漩渦流量計是一種速度式流量計。輸出信號是與流量成正比的脈沖頻率信號或標準電流信號,可遠距離傳送,并且輸出信號僅與流量有關,不受流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度的影響。

漩渦流量計是利用流體力學中卡門渦街的原理制作的一種儀表,把一個非流線型的對稱形狀的物體(如圓往體、三角柱體、矩形柱體、六面柱體等,以下簡稱漩渦發生體)垂直插在管道中,流體繞過漩渦發生體時,出現了附面層分離,在漩渦發生體的左右二側后方交替產生漩渦,形成渦列。左右兩例的漩渦的旋轉方向相反。這種漩渦列通常被稱為卡門漩渦列,也稱卡門渦街。

流體經過漩渦發生體強制形成漩渦,其中心沿管中心線向前移動,進入管的擴大部分時,漩渦統檢測元件作螺旋運動,檢測元件為熱敏電阻,每當漩渦作用在該元件上時,使其溫度發生變化,此時熱敏電阻的阻值隨著漩渦的頻率而變化,通過電子線路將這個頻率處理成直流信號。經流量顯示儀或調節儀顯示控制流量。

(六)靶式流量計基本原理

靶式流量計是一種速度式流量計,它與流量顯示儀及調節儀等儀表配合,能測量控制高粘度以及含顆?;蚋g性介質的流量。

其工作原理是,當被測流體流經檢測元件時,流體作用于靶上的力與流體速度成正比,與流體流量的平方成反比,杠桿經密封膜片將靶上的力送到力平衡變送器,經變換器放大輸出直流信號。

(七)超聲波流量計基本原理

超聲波流量計是近代發展起來的一種新型測量流量的儀表,在醫療、海洋觀測,河流等方面的測量得到了廣泛的應用。只要能傳播超聲波的流體均可用超聲波流量計測量。該流量計也可測高粘度液體、非導電性或氣體的流量。超聲波測量流速的原理是:利用超聲波在流體中的傳播速度會隨被測流體流速而變化。在管道外側上下游處各設置探頭一個,利用流體傳播超聲波,采用時頻法測量流速(如圖9-15),經變換后可顯示瞬時流量。

 

圖9-15 超聲波測速原理

 

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