2022-04-21 14:37:38

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仪器仪表
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流量仪表又称为流量计(英文:flowmeter) ,常用的流量仪表有 1. 电磁流量计; 2. 涡街流量计; ⒊ 浮子流量计 ⒋ 科氏力质量流量计; ⒌ 热式(气体)质量流量计; ⒍ 超声波流量计; ⒎ 涡轮流量计。主要应用于工业生产过程,能源计量 ,环境保护工程 交通运输, 生物技术, 科学实验, 海洋气象,江河湖泊等领域。

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基本信息

  • 中文名

    流量仪表

  • 外文名

    flowmeter

  • 别名

    流量计

  • 主要应用

    等生物技术, 科学实验

  • 能源计量

    环境保护工程 交通运输

折叠 编辑本段 简介

流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测ISOIL MS3770系列 插入式电磁流量计ISOIL MS3770系列 插入式电磁流量计量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础,这是流量测量的里程碑。自那以后,18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成,如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、质量、涡轮 及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长,才促使仪表迅速发展,微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代,新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今,据称已有上百种流量计投向市场,现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。

我国开展近代流量测量技术的工作比较晚,早期所需的流量仪表均从国外进口。

流量测量是研究物质量变的科学,质量互变规律是事物联系发展的基本规律,因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体,凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体,只要知道这三个参数就可计算其具有的能量,在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础,因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。温度仪表温度仪表

折叠 编辑本段 电磁流量

折叠 发展及应用

电磁流量计是60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表.它根据法拉第电磁感流量仪表流量仪表应定律制成,用来测量导电流体的体积流量。由于其独特的优点,已广泛地应用于工业上各种导电液体的测量。例如,测量各种酸、碱、盐等腐蚀液体;各种易燃,易爆介质;各种工业污水,纸浆,泥浆等。

折叠 测量原理

测量原理是基于法拉第电磁感应定律。即当导电液体流过电磁流量计时,导体液体中会产生与平均流速V (体积流量)成正比的电压,其感应电压信号通过两个与液体接触的电极检测,通过电缆传至放大器,然后转换成统一的输出信号。 基于电磁流量计的测量原理,要求流动的液体具有最低限度的电导率。

折叠 优点

①电磁流量计的变送器结构简单,没有可动部件,也没有任何阻碍流体流动的节流部件,所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失,同时它不会引起诸如磨损,堵塞等问题,特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆,污水等液固两相流体,以及各种粘性较大的浆液等.同样,由于它结构上无运动部件,故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极,起到很好的耐腐蚀性能,使之可用于各种腐蚀性介质的测量;

②电磁流量计是一种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度.粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响.因此,电磁流量计只需经水标定以后,就可以用来测量其它导电性液体的流量,而不需要附加其它修正;

③电磁流量计的量程范围极宽,同一台电磁流量计的量程比可达1:100.此外,电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关;

④电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,而且线性好.因此,可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出,可就地指示,也可远距离传送。流量仪表流量仪表

折叠 缺点

电磁流量计虽具有上述优良特性,但它还有一些不足之处,以致在使用上受到一定限制.主要有如下几点:

①电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体;

②电磁流量计还不能用来测量电导率很低的液体介质,被测液体介质的电导率不能低于10-5(S/cm),相当于蒸馏水的电导率.对石油制品或者有机溶剂等还无能为力;

③由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制,工业电磁流量计还不能测量高温高压流体;

④电磁流量计受流速分布影响,在轴对称分布的条件下,流量信号与平均流速成正比.所以,电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段;

⑤电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。电磁流量计电磁流量计

折叠 编辑本段 应用

是一种广泛用于温度测量的简单元件。它由两种异质金属的连接结组成。这些金属在一端相连,形成测量结,也称为热结。热电偶的另一端连接到与测量电子装置相连的金属线。这种连接形成了第二个结--基准结,也称为冷结。为了得出测量结的温度(TMJ),用户必须知道热电偶所产生的差分电压。用户还必须知道基准结温(TRJ)所产生的误差电压。补偿基准结温误差电压称为冷结补偿。为使输出电压精确地代表热结测量结果,电子装置必须补偿基准(冷)结温的任何变化。

流量仪表采用单个5V电源供电。AD8495的输出电压针对5mV/°C校准。采用5V单电源时,输出在大约75mV和4.75V之间保持线性,对应于15°C至950°C的温度范围。AD8495的输出驱动AD8476单位增益差分放大器的同相输入端,该放大器则将单端输入转换为差分输出,用于驱动AD779016位Σ-Δ型ADC。

流量仪表之前的低通差分和共模滤波器可消除RF信号,如果任由其到达AD8495,它可能会被整流,表现为温度波动。两个100Ω电阻和一个1μF电容构成一个截止频率为800Hz的差分滤波器。两个0.01nF电容构成一个截止频率为160kHz的共模滤波器。AD8476差分放大器的输出端在信号施加于AD7790ADC之前使用了一个类似的滤波器。

流量仪表不受最高超出对侧供电轨25V的输入电压偏移的影响。例如,在该电路中,正供电轨为5V而负供电轨接地时,器件可以安全地承受-20V至+25V的输入电压。基准引脚和检测引脚处的电压不得超出供电轨0.3V以上。此特性对存在电源时序控制问题的应用特别重要,这类问题可导致信号源在施加放大器电源之前活动。流量仪表流量仪表

折叠 编辑本段 通用技能

流量仪表已然构成对丈量设备及检测体系的噪声烦扰需求"三要素",因而消除和削弱噪声烦扰的办法亦应对准三项要素选用办法,

即:1.阻截烦扰传递办法;2.消除或克制噪声源;3.削弱承受电路对噪声烦扰的活络性。

以上三方面办法均归于硬件办法。跟着微型计算机运用于工业出产,智能传感器和智能仪器仪表的广泛运用,在软件方面,像数字滤波、数字处置等更多的克制烦扰的办法和办法得以运用,仪器仪表测控体系安全水平大大提高。以上几种办法一般选用阻隔、屏蔽、克制、接地维护、软件技能完毕,下面临这几种技能--分析。

来自传输的烦扰首要有两种办法:一是经过传感器供电电源或共用信号仪器仪表的供电电源即配电器串入的电网烦扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的烦扰,严重时会招致元件损坏,逻辑犯错和大的体系缺点。

来自接地体系的烦扰首要是接地体系失调:测控体系的屏蔽接地线及机壳接地线、信号接地线、功率地线、交流电源地线等招致的噪声耦合烦扰。屏蔽和克制是用金属导体把被屏蔽的元件、组合件、电路及信号线包围起来,首要用于克制电流性噪声藕合,起到必定的磁屏蔽效果。另外用双绞线替代两根平行线是克制磁场烦扰的一种卓有成效的办法。

流量仪表(见右下图)及操控体系的牢靠性直接影响到现代化工业出产设备安全、安稳作业,体系的抗烦扰才调是关系到整个体系牢靠作业的要害。在丈量过程中,这些烦扰若不能很好地处置,那它将误解丈量效果,严肃时乃至使仪器仪表或计算机彻底不能作业。流量仪表流量仪表

折叠 编辑本段 流量计

折叠 玻璃流量计

产品简介:

玻璃转子流量计主要用于化工、石油、轻工、医药、化肥、化纤、食品、染料、环保及科学研究等各个部门中,用来测量单相非脉动(液体或气体)流体的流量。

耐腐蚀型流量计主要用于有腐蚀性液体、气体介质流量的检测,例如强酸(氢氟酸除外)、强碱、氧化剂、强氧化性酸、有机溶剂和其它具有腐蚀性气体或液体介质的流量检测。

LZB型的测量锥管使用光滑锥形玻璃管,LZJ型使用带筋锥形玻璃管。

折叠 靶式流量计

靶式流量计是差压流量计的一个品种,它在工业上的开发应用已有数十年的历史。我国于20世纪70年代开发电动、气动靶式流量变送器它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。由于当时力转换器直接采用差压变送器的力平衡机构,这种流量计使用时不免带来力平衡机构本身所造成的诸多缺陷,如零位易漂移,测量精确度低,杠杆机构可靠性差等。由于力平衡机构性能不佳的拖累,靶式流量计本身的许多优点亦未能得到有效的发挥,至今用户对旧靶式流量计的不良印象仍未消除。

新型靶式流量计的力转换器采用应变式力转换器,它完全消除了上述力平衡机构的缺点,新型靶式流量计还把微电子技术和计算机技术应用到信号转换器和显示部分,流量计具有一系列优点,相信今后在众多流量计中发挥重要的作用。

二、 原理和结构

1、 工作原理 靶式流量计的原理简图如图1所示。 在测量管(仪表表体)中心同轴放置一块园形靶板,当流体冲击靶板时,靶板上受到一个力F,它与流速V,介质密度ρ和靶板受力面积A之间关系式如式(1)所示。(1)式中 F --靶板上受的力,N;CD --阻力系数;ρ--流体密度,kg/m3;V--流体流速,m/s;A--靶板受力面积,m2。经推导与换算,得流量计算式如下: 式中 qm,qv--分别为质量流量和体积流量,kg/h,m3/h;α--流量系数;D --测量管内径,mm;β --直径比,β=d/D;d--靶板直径,mm。其余符号同上。靶板受力经力转换器转换成电信号,经前置放大,AD转换及计算机处理后,可得到相应的流量和总量。如图1所示。 图2 靶式流量计结构简图;

2、 结构形式 靶式流量计结构简图如图2所示它由检测装置,力转换器,信号处理和显示仪几部分组成。检测装置包括测量管和靶板,力转换器为应变计式传感器,信号处理和显示仪可以就地直读显示或远距标准信号传输等。靶式流量计的结构形式可分为管道式,夹装式和插入式等,各类结构形式还可分为一体式和分离式二种。一体式为现场直读显示,而分离式则把数码显示仪与检测装置分离(一般不超过100m)。

三、 流量计主要特点

1、 感测件为无可动部件,结构简单牢固;

2、 应用范围和适应性很广泛,一般工业过程中的流体介质,包括液、气和蒸汽,口径范围(DN15以上),各种工作状态(高、低温,常压、高压)皆可应用,可以说其应用范围可与孔板流量计相比美;

3、 准确度高,总量测量可达0.2%R;

4、 范围度宽,4:1~15:1至30:1;

5、 可解决困难的流量测量问题,如测量含有杂质(微粒)之类的脏污流体;原油、污水、高温渣油、浆液、烧碱液,沥青等;

6、 灵敏度高,能测量微小流量,流速可低至0.08m/s;

7、 用于小口径(DN15~DN50),低雷诺数(Red=103~5×103)的流体,它可以弥补标准节流装置难以应用的场合,如小口径蒸汽流量测量等;

8、 可适应高参数流体的测量,压力高达数十MPa,温度达450℃;

9、 可用于双向流动流体的测量;

10、 压力损失较低,约为标准孔板的一半;

11、 抗上游阻流件干扰能力强,上游侧直管段长度一般5~10D即可;12、 可采取干式(挂重法)校验,给用户周期校验带来方便;

13、 直读式仪表无需外能源,清晰明了,操作简便,亦可输出标准信号(脉冲频率或电流信号);

14、 仪表性能价格比高,为经济实惠的流量计;

15、 安装简单方便,易维护。

折叠 涡街流量计

原理

涡街流量计是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力,无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量,配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量,是节流式流量计的理想替代产品。涡街流量计是在流体中安放一根(或多根)非流线型阻流体(bluff body),流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡,在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速,通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率,从而计算出体积流量。涡街流量计适用与测量液体、气体或蒸汽。温度补偿涡街流量计温度补偿涡街流量计

优缺点

它没有移动部件,也没有污垢问题。涡街流量计会产生噪音,而且要求流体具有较高的流速,以产生旋涡。涡街流量计由于传感器采用的检测探头与旋涡发生体分开安装,而且耐高温的压电晶片不与介质接触,涡街流量计具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点。

应用范围

涡街流量计,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出。

折叠 浮子流量计

金属管浮子流量计实际是一种可变面积式流量计。它通常具有一段直立的锥管和一只可以在其中自由地随流量大小上下移动的浮子。当流体自下而上流经锥管时,流体的动能在浮子上产生的推力 S 和流体的浮力 A 使浮子上升。随着锥管内壁与浮子之间的环形流通面积增大,流体动能在浮子上产生的推力 S 随之下降。当推力 S 与浮力之和等于浮子自身重力 G 时,浮子处于平衡状态,并稳定在某一高度上,该高度位置对应的刻度指示流过流量计的流量。传感器将流量的大小转换成浮子的位移量,通过磁耦合系统,将浮子位移量传给转换器指示出流量的大小。

浮子流量计是工业自动化过程控制中常用的一种改变面积流量测量仪表。具有体积小、检测范围大、使用方便等特点。它可以用来测量液体、气体、以及蒸汽的流量,特别适宜低流速小流量的介质流量测量。

折叠 质量流量计

概述

科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理,以质量流流量仪表流量仪表量测量为目的的质量流量计,一般由传感器和变送器组成。

罗斯蒙特质量流量计广泛应用于石化等领域,是当今世界上最先进的流量测量仪表之一,在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用可靠,精度高达1.7‰,为我厂的能源、物料的流量测量提高了准确度,避免了不必要的损失,创造了可观的经济效益。

原理

一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律:力=质量×加速度(F=ma),当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时,质点受两个分量的加速度及其力:

(1)法向加速度,即向心加速度αr,其量值等于2ωr,朝向P轴;

(2)切向角速度αt,即科里奥利加速度,其值等于2ωV,方向与αr垂直。由于复合运动,在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm,管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。

当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时,任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx (1)式中,A-管道的流通截面积。由于存在关系式:mq=ρVA所以:ΔFc =2ωqmΔx (2)因此,直接或间接测量在旋转管中流 动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。

作用

传感器内是U型流量管,在没有流体流经流量管时,流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动,其振幅小于1mm,频率约为80Hz,流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内,流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力;反之,流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲,在振动的另外半个周期,流量管向下振动,扭曲方向则相反,这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象,即科氏力。

根据牛顿第二定律,流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比,安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时,流量管不产生扭曲,两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的;当有流体流经流量管时,流量管产生扭曲,从而导致两个检测信号产生相位差,这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。

由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量,流量管的振动,以及流过管道的流体的数显流量仪表数显流量仪表冲力产生了科氏力,致使每个流管产生扭转,扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲,质量管上的传感器输出信号可通过电路比较,来确定扭曲量。

电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个"时间差"ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声,提高测量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。由于温度影响流管钢性,科氏力产生的扭曲量也将受温度影响。被测量的流量不断由变送器调整,后者随时检测粘在流管外表上的铂电阻温度计输出。变送器用一个三相的电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度,放大器的输出电压转化成频率,并由计数器数字化后读入微处理器。

密度测量

流量管的一端被固定,而另一端是自由的。这一结构可看做一重物悬挂在弹簧上构成的重物/弹簧系统,一旦被施以一运动,这一重物/弹簧系统将在它的谐振频率上振动,这一谐振频率与重物的质量有关。质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反馈电路在它的谐振频率上振动,振动管的谐振频率与振动管的结构、材料及质量有关。振动管的质量由两部分组成:振动管本身的质量和振动管中介质的质量。每一台传感器生产好后振动管本身的质量就确定了,振动管中介质的质量是介质密度与振动管体积的乘积,而振动管的体积对每种口径的传感器来说是固定的,因此振动频率直接与密度有相应的关系,那么,对于确定结构和材料的传感器,介质的密度可以通过测量流量管的谐振频率获得。

利用流量测量的一对信号检测器可获得代表谐振频率的信号,一个温度传感器的信号用于补偿温度变化而引起的流量管钢性的变化,振动周期的测量是通过测量流量管的振动周期和温度获得,介质密度的测量利用了密度与流量管振动周期的线性关系及标准的校定常数。

科氏质量流量传感器振动管测量密度时,管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率,因而由测量的管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期的时间,测量值经数字滤波,对于由操作温度导致管道钢性变化,进而引起固有频率的变化进行补偿后,用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。

信号特性

罗斯蒙特公司的变送器为模块化并带有微处理器功能,配合ASICS数字技术,可选择数字通信协议。它与传感器连接使用可获得高精确度的质量流量、密度、温度和体积流量信号,并将获得的信号转换为模拟量、频率等输出信号,还可使用275型HART协议通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。

SP特性

DSP数字信号处理器是一个实时处理信号的微处理器,在科里奥利流量计里,我们使测量管在一个已知的频率下振动,因此任何在此振动频率范围之外的频率都是"噪声",需要除掉它们以准确地确定质量流量。例如,一个50Hz或60Hz的信号很可能来源于与附近动力线的耦合。如何在实际上"过滤"这些多余的信号则需要一些更多的在那时刻所得到的背景信息,图8表明了噪声如何出现在原转换器信号上,以及被过滤后的最终信号。

与使用时间常量去阻抑和稳定信号相比,使用数字信号处理(DSP)技术的主要好处之一,是能够以一个被提高了的采样率去过滤实时信号,减少了流量计对流量的阶跃变化的响应时间。使用多参数数字(MVD)变送器的响应时间比使用模拟信号处理的传统变送器快2~4倍,更快的响应时间会提高短批量控制的效率和精确度。

DSP技术另一个颇有价值且更富有挑战性的应用实例是气体测量,因为高速气体通过流量计会引起较严重的噪声。通过高准Elite系列传感器,与流量信号混杂的噪声被减至最小,DSP技术能更好地滤波,并进一步减小了质量流量计对噪声的敏感度。采用MVD变送器测量气体的结果在重复性和精确度上都有了显著提高。

DSP技术提供了一个"通往处理的窗户",当浏览这个窗户时,首先集中在测量管振动频率附近的信号上。实际上,有意地抛弃了其余的信息,很可能正是隐藏在这些"无用的"数据里的信息会铺平通往新的诊断技术的道路。例如,频谱分析可能会引导我们取得在夹杂空气或团状流动流体测量上的进展,流体在测量管内壁的附着也是另一个有希望被DSP技术检测到的故障,频谱的变化也很可能被用于预测传感器的故障。

科氏力质量流量计的适用特点

a.测量管形式不一,常见的有以下几种。Ⅰ.直管式。加工简单,易制造,不易启振,故管壁需薄一点,使用寿命较短。Ⅱ.弯管式。容易启振,管壁可厚一点,机械加工复杂些,振动频率要选大一点。Ⅲ.单管式。不用分流,零点稳定,机械加工简单,但易受外来振动影响。Ⅳ.双管式。不受外来振动干扰,分流不均匀会造成零点变化,机械加工也复杂些。b.直接质量流量测量与被测介质温度、压力、密度、黏度变化无关。c.对各种流体适应性强。d.对外界振动较敏感,但对流体分布不敏感。e.压力损失较大。f.信号处理技术难度大,零点易漂移,不适合低压、低密度气体测量。g.测量管与工艺管道相对位置可以是平行的(大多数产品采用的方式),也可以是垂直的。但是只要流量传感器不在工艺管道轴向振动平面内,流量计的抗振动干扰能力可增强。对于质量流量计的测量精度,很多产品上标注的是基本误差+零点不稳定性。仪表制造厂商将流量计精度定得很高,一般是(±0.15%~±0.5%)R。但是量程比也定得很大(100:1),仪表流量上限取得很高。因此流量计的实际测量精度不可能这样高,特别是流量计在小量程段测量流量时,很难保证仪表有高精度。

折叠 热式流量计

原理

热式气体质量流量计采用热扩散原理,热扩散技术是一种在苛刻条件下性能优良、可靠性高的技术,其典型传感元件包括两个热电阻(铂RTD),一个是速度传感器,一个是自动补偿气体温度变化的温度传感器。当这两个RTD被置于介质中时,其中速度传感器被加热到环境温度以上的一个恒定的温差,另一个温度传感器用于感应介质温度。流经速度传感器的气体质量流量是通过传感元件的热传递量来计算的。气体速率增加,传感器传递给介质的热量增多,因此需要供给更多的功率,而电子单元加热RTD 的功率与质量流量成一定的对应关系。

热式气体质量流量计是气体流量计量中新型仪表,区别于其它气体流量计不需要进行压力和温度修正,直接测量气体的质量流量,一支传感器可以做到量程从极低到高量程。它适合单一气体和固定比例多组份气体的测量。它依据的原理是流体吸收热的速度直接与质量流量相关。移动的气体分子撞击热电阻时吸收带走热量,流率越大,接触热电阻的分子越多,吸收的热量越多,热吸收与某种气体的分子数,热学特性和流动特性有关。

特点

产品特点直接测量气体质量流量,无需温度、压力补偿低流速测量;

一个流量计能同时兼顾小流量和大流量测量,特别适合大口径测量。

典型应用

工业管道中气体流量测量

燃气过程中空气流量测量

烟囱排出的烟气流量测量

水处理中瀑气流量测量

水泥,卷烟,玻璃厂生产过程中气体流量测量压缩空气流量测量

天然气,煤气,液化气,火炬气,氢气等气体流量测量

钢铁厂加气流量测量

折叠 超声波流量计

概述

超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量。根据检测的方式,可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种

优点

非接触式仪表,适于测量不易接触和观察的流体以FLEXIM便携式超声波流量计FLEXIM便携式超声波流量计及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力,仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。

众所周知,工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题,这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难,造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点,超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流,仪表造价基本上与被测管道口径大小无关,而其它类型的流量计随着口径增加,造价大幅度增加,故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表,多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量,故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中,用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量,比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m,从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。

另外,超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响,又可制成非接触及便携式测量仪表,故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外,鉴于非接触测量特点,再配以合理的电子线路,一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展,现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质,不同场合和不同管道条件的流量测量。

缺点

超声波流量计所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制,以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外,超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为,一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米,而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右,被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级.若要求测量流速的准确度为1%,则对声速的测量准确度需为10-5~10-6数量级,因此必须有完善的测量线路才能实现,这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。

基本原理和应用情况

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。

超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应,采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上,使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播,然后由接收换能器接收,并经压电元件变为电能,以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应,而接收换能器则是利用压电效应。

超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片,沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍,以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件,使超声波以合适的角度射入到流体中,需把元件故人声楔中,构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化,而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃,因为它透明,可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外,某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。

根据对信号检测的原理,超声波流量计大致可分传播速度差法(包括:直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型,如图所示。其中以噪声法原理及结构最简单,便于测量和携带,价格便宜但准确度较低,适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的,故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差,准确度较高,所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同,传播速度差拨又分为:Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的,低流速时,灵敏度很低适用性不大.多普勒法是利用声学多普勒原理,通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的,适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。相关法是利用相关技术测量流量,原理上,此法的测量准确度与流体中的声速无关,因而与流体温度,浓度等无关,因而测量准确度高,适用范围广。但相关器价格贵,线路比较复杂。在微处理机普及应用后,这个缺点可以克服。噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理,通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单,设备价格便宜,但准确度低。广泛应用在在石油化工行业、核电行业、导热油领域

以上几种方法各有特点,应根据被测流体性质.流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定,故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是:当流体沿管轴平行流动时,选用Z法;当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时,采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时,也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流,可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病,因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展,煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展,都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。

便携式超声波流量计ADM6725的技术参数如下: 便携式超声波流量计ADM6725

测量原理:时差相关原理

流速: 0.01~25 m/s

分辨率: 0.025 cm/s

重复性: 0.15%读数,视应用而定

精度:(流场充分发展且 径向对称)

体积流量: ± 1%读数,视应用而定

± 0.5%读数,经过标定

流速: ± 0.5%读数,视应用而定

可测介质: 所有导声流体, 且气泡或固体颗粒的体积含量<10%

便携式超声波流量计主机

外壳

重量: ~ 3.9kg

防护等级: IP54 (根据EN60529)

材质:铝合金,粉末涂层

尺寸: (270 x 100 x 180)mm (WxHx D)(不含把手)

通道: 2

危险区: Zone 2

电源: 充电电池(6V/4Ah); 外接电源(100 ~ 240)VAC

电池工作时间: >10h

显示: 2 x 16 字符, 点阵, 带背光

工作温度: -10 ~ 60℃

功耗: < 15W

信号平均: (0 ~ 100)s, 可调

测量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)

响应时间: 1s (1通道), 70ms可选.

便携式超声波流量计测量功能

测量量: 体积/ 质量流量, 流速, 能量流量(需温度输入)

累积量: 体积, 质量,能量(可选)

计算功能: 平均值, 差值, 总和

工作语言: 捷克语, 丹麦语, 德语, 英语, 法语, 荷兰语, 挪威语,波兰语, 西班牙语

便携式超声波流量计数据记录

可记录的参数: 所有测量量及累积量

容量: >100000条测量量

便携式超声波流量计通讯

接口: RS232, RS485(可选)

可通讯的参数: 实测值, 记录值, 参数记录

软件: FluxData(可选)

功能: 下载测量值/记录, 图形显示, 格式转换

操作系统: ෵ႼWindowsTM ϸЮ

便携式超声波流量计过程输出(可选)

输出与主设备电隔离

输出组数视输出类型而定. 更多信息请洽FLEXIM

便携式超声波流量计电流

范围: (0/4-20) mA

精度: 0.1%读数± 15μA

有源输出: Rext < 500ʪ

无源输出: Uext < 24V, Rext < 1kʪ

便携式超声波流量计电压

范围: (0~1) V或(0~10) V

精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV

0~10V: 0.1%读数± 10mV

仪表阻抗: Ri = 500ʪ

频率

范围: 0~1kHz或0~10kHz

集电极开路: 24 V/4mA

开关量

集电极开路: 24 V/4mA

干簧继电器: 48 V/0.1A

功能,如状态输出: 上下限, 符号变化或出错

脉冲输出: 值: (0.01~1000)units

宽度: (80~1000)ms

过程输入(可选)

输入与主设备电隔离, 最多4组输入.

温度

类型: Pt100, 四线制

范围: -50℃~400℃

分辨率: 0.1 K

精度: ± (0.02K + 0.1%读数)

电流

范围: 有源: (0~20)mA

无源: (-20~20)mA

精度: 0.1%读数± 10 A

有源输入: Ri = 50ʪ

无源输入: Uext < 24V, Rext < 1kʪ

电压

范围: (0~1) V或(0~10) V

精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV

0~10V: 0.1%读数± 10mV

仪表阻抗: Ri= 1M

夹装式探头

适用口径: DN6-DN6500

适用温度: -30 to 400℃ (适用防爆区)

详见下图. 更多资料, 请参阅相关手册.

测厚探头(可选)

测量范围: (1.0 - 200) mm

分辨率: 0.01 mm

线性度: 0.1 mm

标准型: -20℃ to +60℃

高温型: 0℃ to +200℃

短时间可达+540℃

折叠 涡轮流量计

涡轮流量计是一种速度式仪表,它具有压力损失小,准确度高,始动流量低,抗震与抗脉动流动性好,测量范围宽,容易维修等特点,涡轮流量计是将涡轮置于被测流体中,当流体进入流量计时,在特殊结构的整流器的作用下得到整流并加速,在一定流量范围内涡轮的角速度和流量成正比,利用电磁感应原理感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号,该信号经前置放大器,整形后,得到实际流量,并显示在LCD屏上.如果同温度,压力传感器检测到的信号一起输入智能流量积算仪进行运算处理,将得到标准状况下的流量,并显示在LCD屏上.涡轮流量计原理图涡轮流量计原理图

涡轮流量计是一种叶轮式仪表,其工作原理相对简单。涡轮流量计本体管道中心安放一个涡轮,两端由轴承支撑.当流体通过管道时,冲击涡轮叶片,对涡轮产生驱动力矩,使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转.在一定的流量范围内,对一定的流体介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体流速成正比.由此,流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到,从而可以计算得到通过管道的流体流量.同时涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测.当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时,就会引起传感线圈中的磁通变化.传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器,对信号进行放大、整形,产生与流速成正比的脉冲信号,送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值;同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路,将脉冲信号转换成模拟电流量,进而指示瞬时流量值。

涡轮流量计是速度式流量仪表的一种,根据其音译国内又称为透平流量计。涡轮流量计根据其测量介质的不同又分为气体涡轮流量计和液体涡轮流量计。在各种流量计中涡轮流量计是重复性高、精确度最佳的产品。如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大(同样口径可通过的流量大)和可适应高参数(高温、高压和低温)等。涡轮流量计广泛应用于以下一些测量对象:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站,大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。

折叠 编辑本段 检验方法

电磁流量计在线检验方法,其在线的检验规范需要得到国家技术监督部门和各相关行业协会对的认可电磁流量计在应用过程中的精度保证一直是用户所关心的热点问题。

在过去,电磁流量计的校验必需送到专门的标定校验设备上进行检查。但是,随着电磁流量计制造技术的发展和应用行业的扩展,电磁流量计的使用越来越多、口径越来越大,送回校验装置上校验的难度也越来越大。

流量测验断面布设合理、测验设施完备、测次和测点布置符合水文测验规范要求;流量计率定方法正确,精度较高,满足临时通水期间水量计量要求。专家组一致同意该成果通过审查。

它被广泛诮用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域,在过程自动化仪表与装置中流量计有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。

折叠 编辑本段 应用领域

流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。

流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一,它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域,是发展工农业生产,节约能源,改进产品质量,提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中,流量仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。

能源分为一次能源(煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气)、二次能源(电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽)及载能工质(压缩空气、氧、氮、氢、水)等。能源计量是科学管理能源,实现节能降耗,提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分,水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计,它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。

烟气,废液、污水等的排放严重污染大气和水资源,严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策,环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制,必须加强管理,而管理的基础是污染量的定量控制。

我国是以煤为主要能源的国家,全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目,每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计,组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难,它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则,气体组分变化不定,流速范围大,脏污,灰尘,腐蚀,高温,无直管段等。

有五种方式:铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之,但应用并不普遍。随着环保问题的突出,管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计,它是控制、分配和调度的眼睛,亦是安全监没和经济核算的必备工具。

21世纪将迎来生命科学的世纪,以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多,如血液,尿液等。仪表开发的难度极大,品种繁多。

科学实验需要的流量计不但数量多,且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的,它们并不批量生产,在市面出售,许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。

这些领域为敞开流道,一般需检测流速,然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。

折叠 编辑本段 发展趋势

结构日趋简洁、轻便

早期流量仪表为纯机械就地显示,如容积式流量计。不仅结构复杂笨重,重量/口径比很大;且其中的转动件因磨损需经常维修。随着工业管道口径日益增大,插入式仪表以其结构简单、轻巧、拆装简便,日益受到用户青睐,而近十年发展最快的电磁、超声流量仪表,管道中更是没有任何转动件、阻力件,结构更为简洁,且压损小,准确度高,是最有发展潜力的流量仪表。

功能力求完善、多样

早期流量仪表为就地显示(如容积、转子),随着工业水平的不断提高,已不能适应工艺要求数十台仪表集中显示、调节、控制。有必要将传感器(也称一次表,如孔板、喷嘴、内锥)与变送器(也称二次表)分离开。并将流量参数转换为电参数,远传至中央控制室。随着工业规模再扩大,模拟信号已无法适应,输出信号需转换为数字信号,以适应现场总线系统、SCADA系统的要求。

为增加仪表的可靠性,不少仪表已增加多达10余种自诊断功能。如KROHNE公司推出的Optiflux电磁流量计,可自诊断如气泡、电极腐蚀、积垢、电极短路、流体导电率、非满管、衬里损坏、外部磁场等多方面的仪表状况。

仪表功能的多样化也是一种发展趋势,如超声除测流量外,还可测流体成分,声速;科氏除测流量外,还可测流体密度。容积式流量计容积式流量计

折叠 编辑本段 趋势分析

根据工业发展的趋势,人们对流量测量的要求也越来越高,所以为了适应这种趋势,各色各样的流量计问世。应用于各个方面,据仪器仪表世界网表示,2013年的流量计市场规模达到34.8亿美元。

可预见的能源投资将给流量计带来不小的发展空间

驱动因素据国际能源署(IEA)预测,从2007至2030年全球需要对能源基础设施累计投资26.0万亿美元(以2007年美元价值计)。其中,电力行业投资13.6万亿美元,占总投资额的52.3%。金融危机并不会影响长期投资,至2030年,预计单是维持能源的供应能力就需要全球能源投资的一多半资金,并且到2030年,世界许多地方的石油、天然气和电力的基础设施将需要更换。从长期来看,可预见的能源投资将给流量计在石油天然气和能源行业板块的应用带来不小的发展空间。

面临激烈的竞争环境,以及为了应对全球节能减排的诉求,各个行业用户更加关注生产工厂的运行效率,尽可能降低能耗,以提高竞争力。因此,大量的投资被用于提升工厂的自动化水平和现场数据的采集和实时监控,以提升工厂的过程控制效率。诸如,在石油天然气和能源行业,密闭传输设施中需要性能可靠的流体测量设备;化工和制药行业中需要高精准的流量计等,种种趋势必将带动传感器和现场设备(包括流量计)的发展。

流量计中正在更多地引入电子技术,如数字信号处理(DSP)和微处理器,这使得流量计具备了自诊断功能,并且能够更好地与生产控制层面进行通信。性能的提高更好地满足了行业用户的需求,给流量计创造了更多的市场应用空间。

抑制因素:当前全球经济形势有待进一步提振,工业品需求不旺盛。众多行业用户放缓新项目投资或者暂停设备更新升级,等待全球经济出现复苏迹象。所以,在短期内,这将会给流量计在其主要应用行业的发展前景带来一定影响。

全球流量计市场生产商众多,竞争异常激烈。同时,流量计生产商正面临着行业用户对价格较为苛刻的要求,为了能够使产品更好地渗透进入流量计应用的主要行业,生产商之间的价格竞争再所难免。这一现象在新兴经济体,尤其中国,很普遍。价格往往成为决定采购行为的最主要决定因素。长此以往,生产商更多关注价格策略,导致产品创新性不够,阻碍市场发展。

折叠 编辑本段 校验方法

为了获得流量仪表的流量量值及其测量精确度,必须对每台 流量仪表作流量校验或标定。流量仪表的校验一般有直接测量法 和间接测量法两种方式。 直接测量法也称为实流校验法,是以实际流体流过被校验仪 表,再用别的标准装置(标准流量计或流量标准装置)测出流过 被校仪表的实际流量,与被校仪表的流量值作比较,或将待标定的仪表进行分度。这种校验方法也有人称为湿法标定(wet cali- bration),,实流校验法获得的流量值既可靠又准确,是许多流量仪表(如电磁流量计、容积式流量计、祸轮流量计、涡街流 量计、浮子流量计及科里奥利质量流量计等)校验时所采用的方 法,也是建立标准流量的方法。

间接则量法是以测量流量仪表传感器的结构尺寸或其它与计算流量有关的量,并按规定方法使用,间接地校验其流量值,获 得相应的精确度。这种方法相对于湿法标定也被称为干法标定 (dry calibration)。间接法校验获得的流量值没有直接法准确,但 它避免了必须要使用流量标准装置特别对大型流量装置带来的困 难,所以,已经有一些流量仪表采用了间接校验法。如差压式流量计中己经标准化了的孔板、喷嘴、文丘里管等都积累了丰富的 试验数据,并有相应的标准,所以通过标准节流装置的流量值就 可以采用检验节流件的几何尺寸与校验配套的差压计(差压变送 器)来间接地进行。

折叠 编辑本段 合适选型

没有一种十全十美的流量计,各类仪表都有各自的特点,选型的目的就是在众多的品种中扬长避短选择自己最合适的流量计仪表。流量仪表(流量计)的选型对仪表能否成功使用往往起着很重要的作用,由于被测对象的复杂状况以及仪表品种繁多、性能指标各使得仪表的选型感到困难。

(一)涡街流量计流量仪表(流量计)的一般选型:

可以从五个方面进行考虑,这五个方面为流量计仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条

件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下:

1、仪表性能方面: 准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损

失等;

2、流体特性方面:温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率、声速、

导热系数、比热容,等熵指数;

3、安装条件方面:管道布置方向,流动方向,检测件上下游侧直管段长度、管道口径,维修空间、电源

、接地、辅助设备(过滤器、消气器)、安装、等;

4、环境条件方面:环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等;

5、经济因素方面:仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。

(二)涡轮流量计流量计仪表选型的步骤如下:

1、依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几种类型以便进行选择);

2、对初选类型进行资料及价格信息的收集,为深入的分析比较准备条件;

3、采用淘汰法逐步集中到1~2种类型,对五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。流量仪表流量仪表

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