摘要：本文介紹了幾種冶金工業(yè)常用流量計(jì)的原理結(jié)構(gòu)及它們在選型安裝和維護(hù)方面的應(yīng)用,旨在探討工業(yè)生產(chǎn)中如何合理選擇適用又經(jīng)濟(jì)的流量儀表。
1前言
在冶金工業(yè)生產(chǎn)中,會(huì)涉及各類氣體蒸汽和液體的流量測量,隨著工業(yè)自動(dòng)化儀表的發(fā)展,流量計(jì)儀表不斷推陳出新。因此，合理選擇測量方法及功能特性經(jīng)濟(jì)適用的流量儀表是非常必要的。以下就幾種工業(yè)常用流量測量方法計(jì)及儀表選型進(jìn)行一些實(shí)用性介紹。
2差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是目前工業(yè)生產(chǎn)中測量氣體、蒸汽液體流量常用的一種儀表,也是發(fā)展較早,研究比較成熟及完善的測量儀表,目前相應(yīng)品種在國際國內(nèi)均已標(biāo)準(zhǔn)化。
2.1 差壓式流量計(jì)的組成及原理
差壓式流量計(jì)主要包括兩部分:節(jié)流裝置和差.壓計(jì)。常用節(jié)流裝置有標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和文丘利管等。其工作原理是:在管道內(nèi)部裝有孔板噴嘴等節(jié)流件,當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí),流束產(chǎn)生局部收.縮,流速增加,靜壓力降低,節(jié)流件前后就會(huì)產(chǎn)生靜壓力差。根據(jù)能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程的基本原理,得出流體的流量與差壓的平方根成正比。所以通過測量流體差壓,便可計(jì)算流體流量。
2.2差壓式流量計(jì)的使用范圍及安裝要求
2.2.1標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍
據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量比應(yīng)等于13,在個(gè)別情況下可取14,當(dāng)流量比小于上述值時(shí),測小流量時(shí)誤差將增大。使用的節(jié)流裝置不同,適用的管道直徑D直徑比和雷諾數(shù)也不相同，均有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
2.2.2.安裝要求
節(jié)流裝置應(yīng)安裝在有恒定截面積的兩段圓形管道之間。為了保證測量精度,要求流束勻直充分?jǐn)U散,且無旋渦,所以安裝條件很重要。節(jié)流裝置的安裝位置前后直拉段長度均應(yīng)遵照規(guī)定執(zhí)行。
2.2.3節(jié)流裝置的輔件要求
為避免高溫有腐蝕介質(zhì)對(duì)測量造成的影響,當(dāng)介質(zhì)溫度大于70℃時(shí)須附加冷凝器;當(dāng)介質(zhì)為腐蝕性高粘度以凍結(jié)、以析出固體時(shí)須加隔離器。當(dāng)介質(zhì)為氣體時(shí)須附加沉降器;當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí)須附加集氣器。
由于差壓式流量計(jì)具有測量方法簡單沒有可動(dòng)零件工作可靠適應(yīng)性強(qiáng),可不經(jīng)實(shí)流標(biāo)定而能保證一定的測量精度等一系列優(yōu)點(diǎn),從而能廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流程中。但為了保證好的使用效果,應(yīng)根據(jù)需要增加冷凝器、集氣器、沉降器和隔離器等輔件,維護(hù)中要對(duì)節(jié)流件和輔件定期檢查及時(shí)清除污垢。
3彎管流量計(jì)
彎管流量計(jì)是最近發(fā)展的節(jié)能型差壓式流量測量系統(tǒng),目前廣泛應(yīng)用于冶金化工熱電制藥等部門的液體氣體、蒸汽的測量,適用于各種工業(yè)現(xiàn)場,可作為長期監(jiān)測流量的測量裝置。
3.1彎管流量計(jì)的組成及原理
彎管流量計(jì)主要由彎管傳感器二次表差壓變送器及一些管道閥門組件組成。其工作原理如圖1所示,當(dāng)流體通過彎管傳感器時(shí),由于流體受到傳感器的束縛,被迫作圓周圍運(yùn)動(dòng)(即強(qiáng)制旋流),彎管與流體之間產(chǎn)生相互作用力。流體按照彎管的曲率作圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，該離心力的大小與流體的流速v密度ρ及所作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑R有關(guān),其表現(xiàn)為流體對(duì)傳感器的內(nèi)外側(cè)形成壓力差δP,該壓力差的大小通過差壓變送器檢測轉(zhuǎn)化為4~20mA信號(hào),送入二次儀表,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),通過80C552內(nèi)部模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行必要的計(jì)算和邏輯分析,將結(jié)果分別送到顯示存儲(chǔ)輸出等單元。
3.2彎管流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用
彎管傳感器能測量φ25~1000mm管道中各種流體的流量。其特點(diǎn)有以下幾種。
3.2.1彎管傳感器沒有任何插入件和感測件,是沒有附加阻力損失的節(jié)能型流量傳感器。結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,節(jié)能降耗,節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用,適合壓力低,大管徑,大流量的流量測量系統(tǒng)使用。
3.2.2耐磨性能好,使用壽命長,傳感器使用壽命等同于所替代的標(biāo)準(zhǔn)彎頭。長期運(yùn)行管徑的微小磨損對(duì)彎管傳感器的測量精度影響甚微。
3.2.3安裝方便,免維護(hù),傳感器采用直接焊接的方法安裝在工藝管道上,簡便經(jīng)濟(jì),不會(huì)產(chǎn)生泄漏問題。
3.2.4適應(yīng)性強(qiáng),測量范圍寬,傳感器不受工作現(xiàn)場的高溫粉塵潮濕震動(dòng)、電磁場等不利因素的影響，,可在任何復(fù)雜的環(huán)境中工作。適用于中25~2000mm管道中,液體流速0.3~5m/s,蒸汽或氣體流速7~70m/s的廣闊范圍。
3.2.5傳感器對(duì)直管段的要求較低,只要滿足前5D后2D就可以獲得足夠的測量精度。
4電磁流量計(jì)
4.1電磁流量計(jì)的測量原理
電磁流量計(jì)的測量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律,如圖2所示，即導(dǎo)電液體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓U,其感應(yīng)電壓信號(hào)通過兩個(gè)與流體直接接觸的電極檢出,并通過電纜傳送至放大器,然后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一輸出信號(hào)。
4.2電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用
電磁流量計(jì)發(fā)展至今在關(guān)鍵性技術(shù)上有了較大突破,主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面。
4.2.1將50Hz交流勵(lì)磁改進(jìn)為低頻矩形波勵(lì)磁,大大消除了工頻及現(xiàn)場各種雜散電磁場干擾的影響,可免去原來的要求的電極引線嚴(yán)格接地的條件,工作2穩(wěn)定可靠。
4.2.2電極安裝的密封技術(shù)和勵(lì)磁線圈的防潮技術(shù)有了可靠保證避免因滲漏和受潮而造成儀表損.壞。
4.2.3接觸被測介質(zhì)的只有襯里和電極,可達(dá)到良好的耐腐蝕性和耐磨性,因此可測量各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿化工溶液。
4.2.4電磁流量計(jì)測量管內(nèi)無阻流及活動(dòng)部件,不會(huì)造成額外的能量損失,也不會(huì)堵塞,節(jié)能效果顯著。但要求被測介質(zhì)是導(dǎo)電性的液體或液固相介質(zhì),因此一般的自來水各種酸堿鹽溶液污水泥漿礦漿紙漿等都可以用電磁流量計(jì)測量,而非導(dǎo)電的介質(zhì)如酒精純丙酮汽油等油類物質(zhì)不能用電磁流量計(jì)測量。
4.2.5安裝要求低,前置直管段只要5D,后置直管段為2D(D為所選管道的內(nèi)直徑)。
4.2.6測量精度高，能達(dá)到測量值的±0.2%,而且可測正/反二個(gè)方向的流量。
4.2.7量程比大,最大為15001,能夠較好、全面.地追蹤流量,正確地測量夜間小流量。
4.2.8具有良好互換性,傳感器轉(zhuǎn)換器可以互換,不必重新進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定就可達(dá)到精度。由于具有以上一系列優(yōu)點(diǎn),電磁流量計(jì)工業(yè)生產(chǎn)中得到非常廣泛的應(yīng)用,成為導(dǎo)電液體流量測量的首選儀表。
5.渦街流量計(jì)
5.1渦街流量計(jì)的測量原理
渦街流量計(jì)工作原理以卡曼渦街為基礎(chǔ),當(dāng)流體流經(jīng)非流線型檔體時(shí),在檔體兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦信號(hào)。當(dāng)雷諾數(shù)大于一定值時(shí)，旋渦的雷諾數(shù)與平均流量成正比,因而也與流量成正比。有旋渦引起的交替壓力變化,通過發(fā)生體側(cè)孔傳遞給差動(dòng)電容傳感器,差動(dòng)電容傳感器檢測到這些壓力脈沖并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),前置放大器將這些正弦信號(hào)處理成為與流量成正比.的方波脈沖輸出。
5.2渦街流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用
5.2.1具有高的測量精度,電子信號(hào)變換器采用微處理器控制技術(shù),配合精度高的信號(hào)處理方法,使得測量系統(tǒng)能夠達(dá)到較高的精度。
5.2.2具有較寬的測量范圍,量程比可達(dá)130。
5.2.3較寬的溫度使用范圍,流體溫度范圍為.50℃~+400℃;環(huán)境溫度范圍為-30℃~+80℃.
5.2.4增強(qiáng)的抗震動(dòng)性能,采用差動(dòng)電容傳感器，抗震動(dòng)性能好,達(dá)到1g。
5.2.5高可靠性,無運(yùn)動(dòng)部件,無機(jī)械磨損,無須機(jī)械維修,電路元件采用表面貼裝工藝,結(jié)構(gòu)緊湊,可靠性高。
基于以.上特點(diǎn),渦街流量計(jì)可方便地實(shí)現(xiàn)液體、氣體和蒸汽的質(zhì)量流量的測量,并能適應(yīng)工業(yè)上較臟的煤氣流量的測量。
6.超聲波流量計(jì)
6.1超聲波流量計(jì)的測量原理
超聲波流量計(jì)利用聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播時(shí)，其方向與介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)傳播速度加快,相反時(shí)傳播速度減低的這一特性，通過測出這個(gè)速度差從而求出管道內(nèi)相應(yīng)的流量。測量速度差的方法常采用時(shí)差法相差法。
6.2超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用
與其它類型流量計(jì)相比,其優(yōu)點(diǎn)有:可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，對(duì)測量管道無插入零件,沒有流體附加阻力,不受介質(zhì)粘度導(dǎo)電性和腐蝕性影響,測量方式為線性特性,易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出及流量的積算。其主要缺點(diǎn)有:精度不太高,約±1%,另外溫度對(duì)聲波影響較大，故一般不適于溫度波動(dòng)大,介質(zhì)物理特性變化大的流體測量,其次也不適于小流速小管徑的流量測量,因?yàn)檫@時(shí)相對(duì)誤差將增加。
7結(jié)束語
在冶金工業(yè)生產(chǎn)中,需要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境被測介質(zhì)特性及實(shí)用性等方面合理選擇流量儀表,應(yīng)用合理則能達(dá)到預(yù)期的測量精度,反之則不能取得好的效果,甚至?xí)懿睢Ａ硗?正確的使用和維護(hù)方法也是良好測量效果的保證。
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