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工业计量中常用的几种气体流量计

  • 时间:2017/10/21

简述常用的几种测量方法
  为了满足各种测量的需要,几百年来人们根据不同的测量原理,研究开发制造出了数十种不同类型的流量计,大致分为容积式、速度式、差压式、面积式、质量式等。各种类型的流量计量原理、结构不同既有独到之处又存在局限性。为达到较好的测量效果,需要针对不同的测量领域,不同的测量介质、不同的工作范围,选择不同种类、不同型号的流量计。工业计量中常用的几种气体流量计有:
  (1)差压式流量计
  差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据,根据节流原理,当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等),在其前后产生压差,此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中,因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究充分、已标准化而得到广泛的应用。孔板流量计理论流量计算公式为:
  式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;c为流出系数,无量钢;β=d/D,无量钢;d为工况下孔板内径,mm;D为工况下上游管道内径,mm;ε为可膨胀系数,无量钢;Δp为孔板前后的差压值,Pa;ρ1为工况下流体的密度,kg/m3。
  对于天然气而言,在标准状态下天然气积流量的实用计算公式为:
  式中,qn为标准状态下天然气体积流量,m3/s;As为秒计量系数,视采用计量单位而定,此式As=3.1794×10-6;c为流出系数;E为渐近速度系数;d为工况下孔板内径,mm;FG为相对密度系数,ε为可膨胀系数;FZ为超压缩因子;FT为流动湿度系数;p1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压,MPa;Δp为气流流经孔板时产生的差压,Pa。
  差压式流量计一般由节流装置(节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路)和差压计组成,对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)流量计算机,组分不稳定时还需要配置在线密度计(或色谱仪)等。
  (2)速度式流量计
  速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有:
  ①涡轮流量计:当流体流经涡轮流量传感器时,在流体推力作用下涡轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比,涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值,检测线圈中的磁通随之发生周期性变化,产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量(雷诺数)范围内,该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。涡轮流量计的理论流量方程为:
  式中n为涡轮转速;qv为体积流量;A为流体物性(密度、粘度等),涡轮结构参数(涡轮倾角、涡轮直径、流道截面积等)有关的参数;B为与涡轮顶隙、流体流速分布有关的系数;C为与摩擦力矩有关的系数。
  ②涡街流量计:在流体中安放非流线型旋涡发生体,流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流量方程为:
  式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;D为表体通径,mm;M为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面积之比;d为旋涡发生体迎流面宽度,mm;f为旋涡的发生频率,Hz;Sr为斯特劳哈尔数,无量纲。
  ③旋进涡轮流量计:当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器后,流体被强迫围绕中心线强烈地旋转形成旋涡轮,通过扩大管时旋涡中心沿一锥形螺旋形进动。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡流的进动频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积流量成正比。旋进旋涡流量计的理论流量方程为:
  式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;f为旋涡频率,Hz;K为流量计仪表系数,P/m3(p为脉冲数)。气体流量计发展方向
  气体流量计发展方向
  ④时差式超声波流量计:当超声波穿过流动的流体时,在同一传播距离内,其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度则不同。在较宽的流量(雷诺数)范围内,该时差与被测流体在管道中的体积流量(平均流速)成正比。超声波流量计的流量方程式为:
  式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;V为流体通过超声换能器皿1、2之间传播途径上的声道长度,m;L为超声波在换能器1、2之间传播途径上的声道长度,m;X为传播途径上的轴向分量,m;t1为超声波顺流传播的时间,s;t2为超声波逆流传播的时间,s。
  速度式气体流量计一般由流量传感器和显示仪组成,对温度和压力变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)、流量积算仪(温压补偿)或流量计算机(温压及压缩因子补偿);对准确度要求更高的场合(如贸易天然气),则另配置在线色谱仪连续分析混合气体的组分或物性值计算压缩因子、密度、发热量等。气体流量计发展方向
  (3)容积式流量计
  在容积式流量计的内部,有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体,如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动,不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据一定时间内旋转体转动的次数,即可求出流体流过的体积量。容积式流量计的理论流量计算公式:
  qf=n*V
  式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;n为旋转体的流速,周/s;V为旋转体每转一周所排流体的体积,m3/周。气体流量计发展方向
  在标准状态下,容积式流量计的体积流量计算公式与速度流量计相同。气体容积式流量计属机械式仪表,一般由测量体和积算器组成,对温度和压力变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)、流量积算仪(温压补偿)或流量计算机(温压及压缩因子补偿)。

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