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各種流量計的優缺點
日期：2024-05-19 19:52
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摘要：
按照目前*流行、*廣泛的分類法,即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質量流量計和插入式流量計來分彆闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內外的發展情況
1.1 渦輪流量計
渦輪流量計,是速度式流量計中的主要種類,它采用多葉片的轉子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。
一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。
渦輪流量計和容積式流量計、科裡奧利質量流量計稱為流量計中三類重複性、精度*佳的產品,作為十大類型流量計之一,其產品已發展為多品種、多係列批量生產的規模。
優點:
(1)高精度,在所有流量計中,屬於***的流量計;
(2)重複性好;
(3)無零點漂移,抗乾擾能力好;
(4)範圍度寬;
(5)結構緊湊。
缺點:
(1)不能長期保持校準特性;
(2)流體物性對流量特性有較大影響。
應用概況:
渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統在歐洲和美國,渦輪流量計在用量上是僅次於孔板流量計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多台各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計,它們已成為優良的天然氣計量儀表。
渦輪流量計,是速度式流量計中的主要種類,它采用多葉片的轉子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。
一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。
渦輪流量計和容積式流量計、科裡奧利質量流量計稱為流量計中三類重複性、精度*佳的產品,作為十大類型流量計之一,其產品已發展為多品種、多係列批量生產的規模。
優點:
(1)高精度,在所有流量計中,屬於***的流量計;
(2)重複性好;
(3)無零點漂移,抗乾擾能力好;
(4)範圍度寬;
(5)結構緊湊。
缺點:
(1)不能長期保持校準特性;
(2)流體物性對流量特性有較大影響。
應用概況:
渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統在歐洲和美國,渦輪流量計在用量上是僅次於孔板流量計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多台各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計,它們已成為優良的天然氣計量儀表。
1.2 渦街流量計
渦街流量計是在流體中安放一根非流線型遊渦發生體,流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的遊渦的儀表。
渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。
渦街流量計是屬於*年輕的一類流量計,但其發展迅速,目前已成為通用的一類流量計。
優點:
(1)結構簡單牢固;
(2)適用流體種類多;
(3)精度較高;
(4)範圍度寬;
(5)壓損小。
缺點:
(1)不適用於低雷諾數測量;
(2)需較長直管段;
(3)儀表係數較低(與渦輪流量計相比);
(4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經驗。
渦街流量計是在流體中安放一根非流線型遊渦發生體,流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的遊渦的儀表。
渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。
渦街流量計是屬於*年輕的一類流量計,但其發展迅速,目前已成為通用的一類流量計。
優點:
(1)結構簡單牢固;
(2)適用流體種類多;
(3)精度較高;
(4)範圍度寬;
(5)壓損小。
缺點:
(1)不適用於低雷諾數測量;
(2)需較長直管段;
(3)儀表係數較低(與渦輪流量計相比);
(4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經驗。
1.3電磁流量計
電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律製成的一種測量導電性液體的儀表。
電磁流量計有一係列優良特性,可以解決其它流量計不易應用的問題,如臟汙流、腐蝕流的測量。
70、80年代電磁流量在技術上有重大突破,使它成為應用廣泛的一類流量計,在流量儀表中其使用量百分數不斷上升。
優點:
(1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用於測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、汙水等;
(2)不產生流量檢測所造成的壓力損失,節能效果好;
(3)所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響;
(4)流量範圍大,口徑範圍寬;
(5)可應用腐蝕性流體。
缺點:
(1)不能測量電導率很低的液體,如石油製品;
(2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;
(3)不能用於較高溫度。
應用概況:
電磁流量計應用領域廣泛,大口徑儀表較多應用於給排水工程;中小口徑常用於高要求或難測場合,如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控製,造紙工業測量紙漿液和黑液,化學工業的強腐蝕液,有色冶金工業的礦漿;小口徑、微小口徑常用於醫藥工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。
電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律製成的一種測量導電性液體的儀表。
電磁流量計有一係列優良特性,可以解決其它流量計不易應用的問題,如臟汙流、腐蝕流的測量。
70、80年代電磁流量在技術上有重大突破,使它成為應用廣泛的一類流量計,在流量儀表中其使用量百分數不斷上升。
優點:
(1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用於測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、汙水等;
(2)不產生流量檢測所造成的壓力損失,節能效果好;
(3)所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響;
(4)流量範圍大,口徑範圍寬;
(5)可應用腐蝕性流體。
缺點:
(1)不能測量電導率很低的液體,如石油製品;
(2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;
(3)不能用於較高溫度。
應用概況:
電磁流量計應用領域廣泛,大口徑儀表較多應用於給排水工程;中小口徑常用於高要求或難測場合,如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控製,造紙工業測量紙漿液和黑液,化學工業的強腐蝕液,有色冶金工業的礦漿;小口徑、微小口徑常用於醫藥工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。
1.4差壓式流量計
差壓式流量計是根據安裝於管道中流量檢測件產生的差壓,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(差壓轉換和流量顯示儀表)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、文丘裡流量計、均速管流量計等。
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。它已發展為三化(係列化、通用化及標準化)程度很高的、種類規格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數,也可測量其它參數(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。
所謂標準檢測件是隻要按照標準文件設計、製造、安裝和使用,無須經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*廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由於各種新型流量計的問世,它的使用量百分數逐漸下降,但目前仍是*重要的一類流量計。
優點:
(1)應用*多的孔板式流量計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長;
(2)應用範圍廣泛,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、顯示儀表分彆由不同廠家生產,便於規模經濟生產。
缺點:
(1)測量精度普遍偏低;
(2)範圍度窄,一般僅3:1~4:1;
(3)現場安裝條件要求高;
(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。
應用概況:
差壓式流量計應用範圍特彆廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,如流體方麵:單相、混相、潔淨、臟汙、粘性流等;工作狀態方麵:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方麵:從幾mm到幾m;流動條件方麵:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。
1.5 浮子流量計
浮子流量計,又稱轉子流量計,是變麵積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截麵的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。
浮子流量計是僅次於差壓式流量計應用範圍*寬廣的一類流量計,特彆在小、微流量方麵有舉足輕重的作用。
80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。我國產量1990年估計在12~14萬台,其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計。
特點:
(1)玻璃錐管浮子流量計結構簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險;
(2)適用於小管徑和低流速;
(3)壓力損失較低。
1.6容積式流量計
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*高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分,根據測量室逐次重複地充滿和排放該體積部分流體的次數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、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往複活塞流量計、圓盤流量計、液封轉筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。
優點:
(1)計量精度高;
(2)安裝管道條件對計量精度冇有影響;
(3)可用於高粘度液體的測量;
(4)範圍度寬;
(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。
缺點:
(1)結果複雜,體積龐大;
(2)被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大;
(3)不適用於高、低溫場合;
(4)大部分儀表隻適用於潔淨單相流體;
(5)產生噪聲及振動。
應用概況:
容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計並列為三類使用量*大的流量計,常應用於昂貴介質(油品、天然氣等)的總量測量。
工業發達國家近年PD流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約占20%,1990年產量(不包括家用煤氣表)估計為34萬台,其中橢圓齒輪式和腰輪式分彆約占70%和20%。
1.7 超聲流量計
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈衝)的作用以測量流量的儀表。
根據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置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適於解決流量測量困難問題的一類流量計,特彆在大口徑流量測量方麵有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一類流量計之一。
優點:
(1)可做非接觸式測量;
(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失;
(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。
缺點:
(1)傳播時間法隻能用於清潔液體和氣體;而多普勒法隻能用於測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;
(2)多普勒法測量精度不高。
應用概況:
(1)傳播時間法應用於清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;
(2)氣體應用方麵在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗;
(3)多普勒法適用於異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理汙水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用於非常清潔的液體。
1.8 科裡奧利質量流量計
科裡奧利質量流量計(以下簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時,產生與質量流量成正比的科裡奧利力原理製成的一種直接式質量流量儀表。
我國CMF的應用起步較晚,近年已有幾家製造廠(如太行儀表廠)自行開發供應市場;還有幾家製造廠組建合資企業或引用國外技術生產係列儀表。
1.9明渠流量計
與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開渠道測量自由表麵自然流的流量儀表。
非滿管態流動的水路稱作明渠,測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(open channel flowmeter)。
明渠流量計除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。
明渠流量計應用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、汙水治理流入和排放渠;工礦企業水排放以及水利工程和農業灌溉用渠道。有人估計1995台,約占流量儀表整體的1.6%,但是國內應用尚無估計數據。
差壓式流量計是根據安裝於管道中流量檢測件產生的差壓,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(差壓轉換和流量顯示儀表)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、文丘裡流量計、均速管流量計等。
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。它已發展為三化(係列化、通用化及標準化)程度很高的、種類規格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數,也可測量其它參數(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。
所謂標準檢測件是隻要按照標準文件設計、製造、安裝和使用,無須經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*廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由於各種新型流量計的問世,它的使用量百分數逐漸下降,但目前仍是*重要的一類流量計。
優點:
(1)應用*多的孔板式流量計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長;
(2)應用範圍廣泛,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、顯示儀表分彆由不同廠家生產,便於規模經濟生產。
缺點:
(1)測量精度普遍偏低;
(2)範圍度窄,一般僅3:1~4:1;
(3)現場安裝條件要求高;
(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。
應用概況:
差壓式流量計應用範圍特彆廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,如流體方麵:單相、混相、潔淨、臟汙、粘性流等;工作狀態方麵:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方麵:從幾mm到幾m;流動條件方麵:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。
1.5 浮子流量計
浮子流量計,又稱轉子流量計,是變麵積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截麵的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。
浮子流量計是僅次於差壓式流量計應用範圍*寬廣的一類流量計,特彆在小、微流量方麵有舉足輕重的作用。
80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。我國產量1990年估計在12~14萬台,其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計。
特點:
(1)玻璃錐管浮子流量計結構簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險;
(2)適用於小管徑和低流速;
(3)壓力損失較低。
1.6容積式流量計
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*高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分,根據測量室逐次重複地充滿和排放該體積部分流體的次數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、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往複活塞流量計、圓盤流量計、液封轉筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。
優點:
(1)計量精度高;
(2)安裝管道條件對計量精度冇有影響;
(3)可用於高粘度液體的測量;
(4)範圍度寬;
(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。
缺點:
(1)結果複雜,體積龐大;
(2)被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大;
(3)不適用於高、低溫場合;
(4)大部分儀表隻適用於潔淨單相流體;
(5)產生噪聲及振動。
應用概況:
容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計並列為三類使用量*大的流量計,常應用於昂貴介質(油品、天然氣等)的總量測量。
工業發達國家近年PD流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約占20%,1990年產量(不包括家用煤氣表)估計為34萬台,其中橢圓齒輪式和腰輪式分彆約占70%和20%。
1.7 超聲流量計
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈衝)的作用以測量流量的儀表。
根據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置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適於解決流量測量困難問題的一類流量計,特彆在大口徑流量測量方麵有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一類流量計之一。
優點:
(1)可做非接觸式測量;
(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失;
(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。
缺點:
(1)傳播時間法隻能用於清潔液體和氣體;而多普勒法隻能用於測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;
(2)多普勒法測量精度不高。
應用概況:
(1)傳播時間法應用於清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;
(2)氣體應用方麵在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗;
(3)多普勒法適用於異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理汙水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用於非常清潔的液體。
1.8 科裡奧利質量流量計
科裡奧利質量流量計(以下簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時,產生與質量流量成正比的科裡奧利力原理製成的一種直接式質量流量儀表。
我國CMF的應用起步較晚,近年已有幾家製造廠(如太行儀表廠)自行開發供應市場;還有幾家製造廠組建合資企業或引用國外技術生產係列儀表。
1.9明渠流量計
與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開渠道測量自由表麵自然流的流量儀表。
非滿管態流動的水路稱作明渠,測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(open channel flowmeter)。
明渠流量計除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。
明渠流量計應用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、汙水治理流入和排放渠;工礦企業水排放以及水利工程和農業灌溉用渠道。有人估計1995台,約占流量儀表整體的1.6%,但是國內應用尚無估計數據。
