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?cè)谶x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?jī)x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(cè)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(cè)量方法及功能特性經(jīng)濟(jì)適用的流量?jī)x表是非常必要的。以下就幾種工業(yè)常用流量測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x表,目前相應(yīng)品種在國(guó)際國(guó)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(guò)測(cè)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(guó)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(cè)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(cè)量精度,要求流束勻直充分?jǐn)U散,且無(wú)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(zhǎng)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(cè)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(cè)量方法簡(jiǎn)單沒(méi)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(cè)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(cè)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(cè)量,適用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),可作為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流量的測(cè)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(guò)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(guò)差壓變送器檢測(cè)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(guò)80C552內(nèi)部模擬開(kāi)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(cè)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(méi)有任何插入件和感測(cè)件,是沒(méi)有附加阻力損失的節(jié)能型流量傳感器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)量系統(tǒng)使用。
3.2.2耐磨性能好,使用壽命長(zhǎng),傳感器使用壽命等同于所替代的標(biāo)準(zhǔn)彎頭。長(zhǎng)期運(yùn)行管徑的微小磨損對(duì)彎管傳感器的測(cè)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(jiǎn)便經(jīng)濟(jì),不會(huì)產(chǎn)生泄漏問(wèn)題。
3.2.4適應(yīng)性強(qiáng),測(cè)量范圍寬,傳感器不受工作現(xiàn)場(chǎng)的高溫粉塵潮濕震動(dòng)、電磁場(chǎng)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(cè)量精度。
4電磁流量計(jì)
4.1電磁流量計(jì)的測(cè)量原理
電磁流量計(jì)的測(cè)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(chǎng)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(guò)兩個(gè)與流體直接接觸的電極檢出,并通過(guò)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(chǎng)各種雜散電磁場(chǎng)干擾的影響,可免去原來(lái)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?yè)p.壞。
4.2.3接觸被測(cè)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(cè)量各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿化工溶液。
4.2.4電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)無(wú)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(cè)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(lái)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(cè)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(cè)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(cè)量精度高，能達(dá)到測(cè)量值的±0.2%,而且可測(cè)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(cè)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(cè)量的首選儀表。
5.渦街流量計(jì)
5.1渦街流量計(jì)的測(cè)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(guò)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(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)能夠達(dá)到較高的精度。
5.2.2具有較寬的測(cè)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(wú)運(yùn)動(dòng)部件,無(wú)機(jī)械磨損,無(wú)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(cè)量,并能適應(yīng)工業(yè)上較臟的煤氣流量的測(cè)量。
6.超聲波流量計(jì)
6.1超聲波流量計(jì)的測(cè)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(guò)測(cè)出這個(gè)速度差從而求出管道內(nèi)相應(yīng)的流量。測(cè)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(cè)量，對(duì)測(cè)量管道無(wú)插入零件,沒(méi)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(cè)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(cè)量,其次也不適于小流速小管徑的流量測(cè)量,因?yàn)檫@時(shí)相對(duì)誤差將增加。
7結(jié)束語(yǔ)
在冶金工業(yè)生產(chǎn)中,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境被測(cè)介質(zhì)特性及實(shí)用性等方面合理選擇流量?jī)x表,應(yīng)用合理則能達(dá)到預(yù)期的測(cè)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(cè)量效果的保證。
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