​流量计种类、原理、技术特点、安装、选用技术盘点

2020-05-15 15:21:13 凯崎 347

凯崎科技(大连)有限公司成立于2016年中韩合资企业。从事自动化设备、仪器仪表、传感器的技术研发、生产、加工、销售、安装、维修及其软件开发。公司拥有雄厚的技术力量、先进的生产设备、完善的检测仪器及配套设施。经过多年的发展和科学管理,公司各系列产品性能已达到国际先进水平。与国内外很多企业都有长期的互动合作。主营业务包括:流量仪表:电磁流量计(热量计)、超声波流量计(热量计)、超声波水表、涡轮流量计、涡街流量计孔板流量计、科里奥利流量计、热式质量流量计、金属管流量计、转子流量计、旋进漩涡流量计、明渠流量计等。压力仪表:压力变送器、差压变送器、压力表、压力开关料位仪表:超声波液位计、雷达物(液)位计、磁翻板液位计、投入式静压液位计、单/双法兰液位计、浮球液位计/开关、电极液位开关、音叉开关、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计/开关等温度仪表:热电阻、热电偶、温度变送器/开关等分析仪表:PH/ORP计、浊度计、电导率、污泥浓度计、污泥洁面仪等工程项目:PLC/DCS等相关自动化工程项目便携式检测仪包括:测厚仪、测振仪、温湿度计、酸碱度控制器、探伤仪、等。广泛应用于石油,化工,机械,电力,冶金,市政,水利,农业灌溉,环保,供暖,供热,锅炉,换热站,军工,水泵等行业。

流量计是工业测量中重要的仪表之一.随着工业生产的发展,对流量测量的准确度和范围的要求越来越高,流量测量技术日新月异.为了适应各种用途,各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。从不同的角度出发,流量计有不同的分类方法。常用的分类方法有三种,一是按测量介质分类;二是按流量计的测量原理进行分类;三是按流量计的结构原理进行分类。

一、流量计分类

A 介质分类

按介质分类:液体流量计、气体流量计、蒸汽流量计以及固体流量计。

B 测量原理

(1)力学原理:属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式;利用动量定理的冲量式、可动管式;利用牛顿第二定律的直接质量式;利用流体动量原理的靶式;利用角动量定理的涡轮式;利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式;利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。

  (2)电学原理:用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。

  (3)声学原理:利用声学原理进行流量测量的有超声波式.声学式(冲击波式)等。

  (4)热学原理:利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。

  (5)光学原理:激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。

  (6)原于物理原理:核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表.

  (7)其它原理:有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。

C按流量计结构原理分类

按当前流量计产品的实际情况,根据流量计的结构原理,大致上可归纳为以下几种类型:

  1.容积式流量计

  容积式流量计相当于一个标准容积的容器,它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大,度量的次数越多,输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单,适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同,目前生产的产品分:适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计;适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等.

  2.叶轮式流量计

  叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中,受流体流动的冲击而旋转,以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计,其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水表准确度较低,误差约±2%,但结构简单,造价低,国内已批量生产,并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高,一般误差为±0.2%一0.5%。

  3.差压式流量计(变压降式流量计)

  差压式流量计由一次装置和二次装置组成.一次装置称流量测量元件,它安装在被测流体的管道中,产生与流量(流速)成比例的压力差,供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号,并将其转换为相应的流量进行显示.差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表.差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系,故流量显示仪表都配有开平方装置,以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置,以显示累积流量,以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久,比较成熟,世界各国一般都用在比较重要的场合,约占各种流量测量方式的70%。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。

  4.变面积式流量计(等压降式流量计)

  放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量”(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时,俘子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异,而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等,因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量计。

  5.动量式流量计

  利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计.由于流动流体的动量P与流体的密度 及流速v的平方成正比,即p  v2,当通流截面确定时,v与容积流量Q成正比,故p  Q2。设比例系数为A,则Q=A 因此,测得P,即可反映流量Q.这种型式的流量计,大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等,然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。

  6.冲量式流量计

  利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计,多用于测量颗粒状固体介质的流量,还用来测泥浆、结晶型液体和研磨料等的流量。流量测量范围从每小时几公斤到近万吨。典型的仪表是水平分力式冲量流量计,其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角 的检测板上产生一个冲力,冲力的水平分力马质量流量成正比,故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小。按信号(九)的检测方式,该型流量计分位移检测型和直接测力型。

  7.电磁流量计

  电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势,而感应电动势又和流量大小成正比,通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。可测最大管径达2m,而且压损极小。但导电率低的介质,如气体、蒸汽等则不能应用。

  电磁流量计造价较高,且信号易受外磁场干扰,影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此,产品在不断改进更新,向微机化发展.

  8.超声波流量计

超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在70年代才出现,但由于它可以制成非接触型式,并可与超声波水位计联动进行开口流量测量,对流体又不产生扰动和阻力,所以很受欢迎,是一种很有发展前途的流量计。

  利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计近年来得到广泛的关注,被认为是非接触测量双相流的理想仪表。

  9.流体振荡式流量计

  流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡,且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的.当通流截面一定时,流速与导容积流量成正比。因此,测量振荡频率即可测得流量.这种流量计是70年代开发和发展起来的.由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点,很有发展前途。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。


  10.质量流量计

  由于流体的容积受温度、压力等参数的影响,用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质参数不断变化的情况下,往往难以达到这一要求,而造成仪表显示值失真。因此,质量流量计就得到广泛的应用和重视。质量流量计分直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量,目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计。间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。

  在现代工业生产中,流动工质的温度、压力等运行参数不断提高,在高温高压的情况下, 由于材质和结构等方面的原因,直接式质量流量计的应用遇到困难,而间接式质量流量计由于密度计受湿度和压力适用范围的限制,往往也不好实际应用。因此,在工业生产中广泛采用的是温度压力补偿式质量流量计。可把它看作一种间接式质量流量计,不是配用密度计,而是利用温度、压力与密度间的关系,用温度、压力信号经函数运算为密度信号,与容积流量相乘而得到质量流量.目前温度、压力补偿式质量流量计虽已实用化,但当被测介质参数变化范围很大或很迅速时,正确地补偿将很困难或不可能,因此进一步研究在实际生产中适用的质量流量计和密度计还是一个课题。


二、常用流量计的技术特点及选用

(一)差压式流量计

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。 

 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。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。 

 二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

 差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。

(1)均速管型流量测量装置(如威力巴,阿牛巴,德尔塔巴,威尔巴,超力巴等) 1、原理;基于皮托管测速原理,以测管道中直线上几点流速来推算流量。2、优点:结构简单,价格低廉,装、拆方便,压损小等特点。可实现多点布置测量大风道平均流速。3、缺点:采用取压孔取压,取压口易堵塞,要求流体洁净度较高,运行维护量大,不适宜含粉介质风量测量;因为是多点测量,反吹也只能吹通个别点,很难把全部取压孔吹通。

威力巴流量计

(2)文丘里型流量测量装置(如单喉径,双喉径,多喉径文丘里流量计) 

1、其原理是利用外文丘管喉部加速产生低压,而将内文丘利管的尾部置于的喉部低压区,促使内文丘利管的喉部产生更低的低压,因而在同样的流量下可获得更大的输出差压。 

2、优点:较适用于大管道的低流速气体流量测量,插入式,安装方便;反应速度快。 

3、缺点;由于它仅测一点流速,管道中流速分布对其影响很大,因而准确度较低。目前市场上还有一种三文丘利管,它在双文丘利管内再安装一个文丘管,企图获得更大的差压,当尺寸较小时,附面层的作用将呈现出来,制约了这种加速降压效果,且带来了结构复杂,系数不稳定负面影响,不宜倡导。对含尘气流的测量时,灰尘只进不出,造成感压管路堵塞,取压口易堵塞,运行维护量大,不适宜含粉介质。当风道横截面积较大,而直管段不够长时,输出差压不线性,重复性差。如果单点布置,不适宜大风道的风量测量。


三、机翼型流量测量装置 

1、其测量的理论基础是:在充满流体的管道中,固定放置一个流通面积小于管道截面积的节流件,则管道内流体在通过该节流件时就会造成局部收缩,在收缩处流速增加,静压力降低,因此,在节流件前后将产生一定的压力差。对于一定形状和尺寸的节流件、一定的测压位置和前后直管段、一定的流体参数情况下,节流件前后的差压△P与流量Q之间关系符合伯努利方程。 

2、优点:反应速度快;多点测量大风道平均流速。 

3、缺点:较笨重,体积大,安装不方便;风道阻力大,不节能;取压口易堵塞,运行维护量大,不适宜含粉介质。机翼型流量计不可避免地会在管道中产生*压损,其流体压力损失的主要原因是机翼前后涡流的形成以及流体的沿程摩擦,它使得流体具有的总机械能的一部分不可逆转地变成了热能,消失在流体内。

(二)转子式流量计

转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直 径D<150mm的小流量,也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计一般安装在垂直走向的管段上,流体介质自下而上地通过转子流量计,经特殊设计的转子流量计可以水平安装或上进底出垂直安装。

转子流量计的选型  1、远传输出型金属转子流量计的选用,要选择适合使用场所防爆类型要求的流量计;安装时还应注意仪表通电后的外壳紧固及接线口的密封,已达到防爆、防护、防侵蚀的要求。

  2、对于被测介质温度过高(>220℃)或过低的场所,通常要对流量计的传感器部分采取保温或隔热措施,为保证信号转换器------指示器正常工作的环境温度,应选择高温指示器。

  3、对于有些需采取保温或冷却的被测介质,要选择夹套型流量计。

  4、对于流量计入口介质的压力不稳,尤其用于气体测量,为保证精度和使用寿命,应选用阻尼结构。

  5、对于介质要求的压力等级较高,超过标准压力等级时,在选型时请选择高压型结构,高压型采用HG20595-97RF带颈对焊钢制管法兰。

  6、金属转子流量计的测量准确度一般为2.5级,当要求测量准确度较高时,则不宜选择金属转子流量计。

  金属转子流量计安装要求

  1、安装前,应将流量计运输保护用的顶杆、填充物、皮筋等取出,使浮子改变一定的位置,检查转换器动作状态,认为不正常时,应进行调整。

  2、流量计应垂直安装在无振动的管道上,要保证测量管倾斜度小于5°,且应加装旁路,便于维护和清洗而不影响生产。

  3、流量计安装时应用水平仪严格校准,且组装时不应受应力,垂直安装型转子流量计介质流向为自下而上,水平安装型转子流量计介质流向应与其标示方向一致。为方便使用和拆检,一般要求安装阀组。

  4、远传型金属转子流量计其远传部分是靠磁性与转子耦合的,若介质中含有易被磁性物质吸附的小颗粒,则转子易被磨损和卡塞,造成测量不准或无法测量,解决的办法是在前面加装磁过滤器。

  5、在流量计上游应安装阀门,在下游5~10倍仪表口径处安装流量调节阀。

        6、仪表无严格上游直管段长度要求,但也有制造厂要求安装流量计的位置应保证入口有≥5DN的直管段,出口不≤250mm的直管段或者(2-5)D长度,实际上必要性不大。

 (三)涡轮式流量计

涡轮流量计采用涡轮进行测量。它先将流速转换为涡轮的转速,再将转速转换成与流量成正比的电信号。这种流量计用于检测瞬时流量和总的积算流量,其输出信号为频率,易于数字化。

产品特点

1.抗杂质能力强。

2.抗电磁干扰和抗振能力强。

3.其结构与原理简单,便于维修。

4.几乎无压力损失,节省动力电耗。

涡轮流量计在安装时,应注意远离外界电场、磁场,必要时应采取有效的屏蔽措施,以避免外来干扰。涡轮流量计可水平、垂直安装,垂直安装时流体方向必须向上。液体应充满管道,不得有气泡。安装时,液体流动方向应与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致。安装时必须使管道内流体满管,才能保证测量精准。

 流量计上游端至少应有10倍公称通径长度的直管段,下游端应不少于5倍公称通径的直管段,其内壁应光滑清洁,无凹痕、积垢和起皮等缺陷。

  传感器的管道轴心应与相邻管道轴心对准,连接密封用的垫圈不得深入管道内腔。不同情况下的直管段要求如下图。同时在安装时应避免管道内产生气泡,否则会影响测量的精度。

(四)电磁流量计

 

1、结构简单,无活动部件和阻碍被测介质流动的扰动件或节流件,对易黏附和固液二相介质不易发生管道堵塞、磨损等问题。可弥补质量流量计不易测量此类介质的不足。

  2、电磁流量计是一种测量体积流量的仪表,其测量不受流体的密度、温度、压力、粘度、雷诺数以及在一定范围内电导率的变化的影响。电磁流量计只需用水作为试验介质进行标定,而不需要作附加修正就可用来测量其它导电性液体。这是其他流量计所不具备的优点。

  3、电磁流量计测量范围很大,有的产品测量范围达1000:1。对同一口径传感器,其满量程只要介质流速在0.3~15m/s范围内可任意设定。电磁流量计的测量范围可涵盖紊流和层流状态两种速度分布状态,这是差压式流量计、涡轮式、涡街等流量计不能与之相比拟的。

  4、测量原理上是线性的,测量准确度高,而且完全电信号输出,测量的反映速度快,可测脉动流量和快速累积总量。

  5、耐腐蚀性能好。

  6、原理上是测量过水断面的平均流速,对流速分布的要求较低。因此,传感器前后的直管段要求比其他流量计短。

  7、可测正、反两个方向的流动流体。

(五)靶式流量计

靶式流量计优点:

1整台仪表结构坚固无可动部件,传感器不与被测介质接触,不存在零部件磨损,使用安全可靠;

2可做插入式结构,特别适合大管径、高低压气体或液体的测量,拆卸方便;

3可选用多种防腐及耐高低温材质(如哈氏合金,钛等);

4整机可做成全密封无死角(焊接形式),无任何泄漏点,可耐42MPa高压;

5可就地采用砝码挂重法进行标定,方便整机故障检测及系统调试,单键操作可完成标定;

6具有一体化温度、压力补偿,直接输出质量或标方流量;

7具有可选小信号切除、非线性修正、滤波时间可选择;

8能准确测量各种常温、高温500度、低温-200度工况下的气体、液体流量;

9重复性好,一般为0.05%~0.08%,测量快速;

10压力损失小,仅为标准孔板的1/2△P左右;

11抗干扰,抗杂质能力特强;

12可根据实际需要更换阻流件(靶片)而改变量程;

13安装简单方便,极易维护。

靶式流量计缺点:

1、由于靶式流量计靶片及靶杆有自重,安装好后必须重新设置零点 ;

2、精度不是很高,一般做为过程控制类计量仪表,贸易结算慎用;

3、不适合流体开关非常频繁的工况,持续工作的情况下应用较好;

4、量程窄,一般仪表均为10:1的范围度。

(六)质量流量计

质量流量计测量系统采用科里奥利原理,不仅能直接测量和显示被测介质的温度和密度,还可显示被测介质的质量流量,后者与被测介质的其他参数如密度、温度、压力、黏度和流动状态无关。


质量流量计的安装要求:

  a)质量流量计是振动的工作原理,所以安装位置要尽量没有振动,并对安装管路做稳固的支撑。如振动源不可避免,建议使用软管连接。连接管路与质量流量计仪表接口要位于同一轴心,不可对仪表施加一个附加的力。不必要的附加力会对仪表的测量精度产生影响。

  b)节流装置等,如流量调节阀一定要安装在质量流量计的出口。

  c)质量流量计入口,出口应安装截止阀,便于初次安装后零点校准。

  d)质量流量计要适当远离泵的出口,尤其是往复式泵等,安装距离太近可能造成流量测量值的波动。

  e)测量高温流体必须要求保温时,保温壳体或伴热管道请勿与传感器壳体直接接触。

  f)被测流体要处在合适的流动状态,如果自然环境条件下,流体的流动状态不适宜,要采用外部改善,质量流量计可以采取调节流体的温度(加/降温、保温),使被测流体处于合适的流动状态。

  g)安装方向:确认质量流量计铭牌上的箭头方向和流体的流向(流体流过管道的方向)一致。

(七)超声波流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

 根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

 超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

优点: 

 (1)可做非接触式测量; 

(2)为无流动阻挠测量,无压力损失; 

 (3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。 

 缺点: 

 (1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体; 

 (2)多普勒法测量精度不高。 

 应用概况: 

 (1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等; 

 (2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验; 

 (3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

凯崎科技(大连)有限公司自成立以来我们一贯执行“优质、守信”的经营理念。我们坚持工艺至精、诚实守信,争创一流服务、一流产品、一流企业。感谢您对凯崎科技仪器仪表的关注,能为您服务是我们的荣幸,期待与您深入合作,实现共赢,电话:0411-83897455 传真:0411-83897355网站:http://www.kflowmeter.com

电话咨询
邮件咨询
在线地图
QQ客服