流量计工作原理

流量仪表简介定义流量仪表又称为流量计，主要用于测量管道或明渠中流体的瞬时流量和累计流量。分类按工作原理可分为：差压流量计、转子流量计、电磁流量计、科氏力质量流量计、涡街流量计、涡轮流量计、超声波流量计等。差压流量计差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。工作原理在管道中流动的流体具有动能和静压能，且这两种能量可以相互转换。根据能量守恒定律，流体所具有的动能和静压能，再加上克服流动阻力的能量损失，在没有外力影响的情况下，总和是不变的。流体在经过节流装置时，由于遇到节流装置的阻挡，流速降低，一部分动能转化为静压能，导致流体对管壁压力增大。流体通过节流装置后，流束收缩，速度加快，一部分静压能转化为动能，管壁压力减小，导致节流装置前后产生压力差。压差的大小与流体流速有关，流速越快，产生的压差就越大。差压流量计优点①应用范围广泛,能适用于绝大部分的流体，至今没有任何一类流量计可与之相比；②检测件与变送器、显示仪表可以分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。缺点①测量精度普遍偏低；②范围度窄,一般仅3:1～4:1；③由于要经过节流装置，流体压力损失较大。选用标准①一般流体的测量选用标准节流装置，如孔板、喷嘴等；②特殊情况下的流体测量可选用非标准节流装置，如1/4圆喷嘴、双重孔板、圆缺孔板等；③洁净流体的微小流量在精度等级要求不高时可选用内藏孔板。转子流量计转子流量计由一个垂直放置的锥形管和一个置于锥形管内可以上下自由移动的转子构成。工作原理当流体自下而上流入锥管时，被转子截流，在转子上、下游之间会存在压力差，流体对转子产生一个动压力。这时作用在转子上的力有三个：流体对转子的动压力（向上）、转子在流体中的浮力（向上）和转子自身的重力（向下）。当这三个力达到平衡时，转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的转子流量计，转子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流体对浮子的动压力是随流速大小而变化的。当流体流速变大或变小时，转子将向上或向下移动，相应的流体截面积也会发生变化，导致动压力改变，直到三力重新平衡，转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计，转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。转子流量计优点①应用范围广泛，可用于易燃易爆等场合；②有较宽的范围度，最高可达10：1；③对下游直管长度要求不高。缺点①测量精度普遍偏低；②测量结果受被测介质密度、粘度、温度和压力等因素影响。选用标准①测量精度等级不超过1.5级，量程比不大于10：1；②中小流量的测量；③流体有毒、易燃易爆但不含磁性物质和磨损性物质；④流体对金属无腐蚀性。电磁流量计电磁流量计主要由磁路系统、测量导管、外壳、衬里、电极和转换器等部分组成。工作原理基于法拉第电磁感应定律，即当导体在磁场中作切割磁感线运动时，在导体中会产生电动势，电动势的大小与导体在磁场中的有效长度和垂直于磁场方向的运动速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动从而切割磁感线时，会在管道两边的电极上产生动生电动势。流体速度越快，产生的电动势就越大。电磁流量计优点①测量管道中没有阻流部件,不会引起阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等；②所测得流量值不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；③可用于腐蚀性流体。缺点①不能测量电导率很低的液体,如石油制品；②不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；③不能用高温流体。选用标准①对耐腐蚀性和耐磨性有要求的场合；②用于导电液体的流量测量。科氏力质量流量计工作原理在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，有沿着原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，该质点会受到一个力，使他运动方向发生偏离，这个力就是科氏力。驱动系统以固定频率驱动U形丈量管振动，当流体被强制接受丈量管的垂直运动时。管子向上运动时，在驱动点前端的流体从低点流向高点，受到了一个向上的科氏力，由力的作用是相互的，流体会对管子产生一个向下的力，从而阻碍管子的向上运动。在驱动点后的流体从高点流向低点，受到了一个向下的科氏力，会对管子产生一个向上的力，加速管子向上运动。在这两个力的共同作用下，丈量管发生扭曲。在管子向下运动时，扭曲方向则相反。由于科氏力是惯性力，流体质量越大，产生的科氏力就越大，丈量管的扭曲角就越大。通过测量扭曲角就可以计算出质量流量。科氏力质量流量计优点①直接测量质量流量，有很高的测量精确度；②可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体；③测量结果不受流体温度、压力、粘度变化的影响。缺点①不能用于测量低密度介质和低压气体；②对外界振动干扰较为敏感，安装固定要求较高；③不能用于大管径，目前尚局限于150mm以下。选用标准需要直接精确测量液体的质量流量或密度时，可选用质量流量计。涡街流量计工作原理基于卡门涡街原理，在测量管道中设置漩涡发生体（阻流体），流体流过后会在漩涡发生体两侧交替产生有规律的漩涡，通过测量漩涡发生频率和漩涡发生体的宽度就能计算出流体流速。v为流体平均速度，单位为m/s；St为斯特劳哈尔数，无量纲，它的数值范围为0.14－0.27；f为旋涡的释放频率，单位为Hz；d为旋涡发生体特征宽度，单位为m；dfStv涡街流量计优点①结构简单，无可动部件，长期运行可靠性高；②测量精度高；③测量范围宽，量程比可达10：1。缺点①不适用于低雷诺数测量；②安装时上下游需较长直管段。选用标准①洁净气体、蒸汽和液体的测量；②低流速流体及粘度较大的液体不宜采用涡街流量计。涡轮流量计工作原理在管道中心安放一个涡轮，当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，使涡轮旋转。涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。因此，可以通过计算涡轮旋转的角速度来得到流体流速。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磁体产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化，导致传感线圈中产生感生电动势。将检测到的周期变化信号经过放大、整形，生成与流速成正比的脉冲信号。涡轮流量计优点①测量精度高,在所有流量计中,属于最精确的流量计；②无零点漂移,抗干扰能力好。缺点①不能长期保持测量准确性；②流体物性对测量结果有较大影响。选用标准①适用于洁净气体和粘度较小的洁净液体；②精确度要求高，量程比不大于10：1的场合。超声波流量计工作原理超声波流量计工作原理可分为时差法、多普勒法、波束偏移法等。①时差法超声波在流体中顺流、逆流的传播速度不同，导致传播相同距离时会存在时间差，该时间差与流体的流动速度成正比，因此测出时间差就可以得出流体的流速。时差法只能用于高速流动的清洁液体和气体。②波束偏移法流体流动会引起超声波束偏移，流速越大，偏移角越大，两接收器收到的信号强度差值也越大，因此可以通过测量两接收器的信号强度差值来确定流体的流速。波束偏移法测量精度较低。超声波流量计③多普勒法管壁两侧分别装有超声波发射器和超声波接收器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为f0的连续超声波。根据多普勒效应，在中间相交区的频率为f1，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为f2，当粒子流速均为v时，其关系为：多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。Cvffsin1012012sin1sin1CvfCvff超声波流量计优点①非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量；②可用于强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆流体的测量。缺点①不适用于高温流体；②不同工作原理的超声波流量计使用范围不同，使用前要仔细选型。选用标准①能传导声波的流体均能选用超声波流量计；②对强腐蚀性、非导电、易燃易爆及在放射性等恶劣条件下工作的介质，无法采用接触式测量时，可采用超声波流量计。