各种燃气流量计工作原理及性能特点讲解.pdf

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1、各种燃气流量计工作原理及性能特点讲解各种燃气流量计工作原理及性能特点讲解面对种类繁多的燃气流量计， 如何为不同的用户选择一种合适的流量计可谓一个难题。 跟随小编一起看看各类燃气流量计的工作原理及特点吧!1.1.涡轮气体流量计涡轮气体流量计工作原理：当气流进入流量计时，首先经过特殊结构的前导流体并加速，在流体的作用下，由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，此时涡轮产生转动力矩，在涡轮克服阻力力矩和摩擦力矩后开始转动， 当诸力矩达到平衡时，转速恒定，涡轮转动速度与流量成线性关系。叶轮的转速经一副齿轮减速， 同时由一个密封的磁性耦合件将转动传到仪表外部的机械式计数器。 利用电磁感应原理， 通过旋转的涡轮

2、叶片顶端导磁体周期性地改变磁阻， 从而在线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，测出脉冲信号的频率便得到流量的大小。 涡轮流量计与流量计算机(或积算仪)配套使用，流量计算机有脉冲、温度、压力检测通道，并配有各种通讯接口。涡轮流量计结构：由表体、导向体(导流器)、叶轮、轴、轴承及信号检测器等组成。安装要求：安装涡轮流量计前，输气管线应该是清洁的，没有水、脏污和焊渣这些能够对涡轮叶片和机械部分造成损坏的杂质，被测介质不洁净时，要加过滤器。涡轮流量计对管道流速分布畸变及旋转流较敏感， 因此要根据上游阻力件类型配备必要长度的直管段， 一般其上游应具有最短 10D 的直管段长度，其下游应具有最短5

3、D 的直管段长度(D 为流量计公称直径)，如果在流量计的上游存在着旋风分离器、空间接头、调压阀等复杂阻流件，则应在流量计上游5D 的位置安装整流器。流量计应水平安装，避免垂直安装，如果管道里有水或者气体很潮湿，流量计管道应该是倾斜的，使得液体能够从流量计中流出，如果流量计垂直安装，流体的流向应该是向下的。保证流体的流动方向与仪表外壳的箭头方向一致，不得装反。被测介质对涡轮不能有腐蚀，特别是轴承处，否则应采取措施。使用特点：涡轮流量计的优点是精度高、重复性好、围度广、结构紧凑、无零点漂移、抗干扰能力强等，缺点是不能长期保持校准特性及流体物性对流量特性有较大影响。2.2.热式气体质量流量计热式气体

4、质量流量计工作原理：热式气体质量流量计是利用热扩散原理测量气体流量的仪表。传感器由两个基准级热电阻 (RTD)组成。一个是速度传感器RH，一个是测量气体温度变化的温度传感器RMG。当这两个RTD 置于被测气体中时，其中传感器 RH 被加热，另一个传感器RMG 用于感应被测气体温度。随着气体流速的增加，气流带走更多热量，传感器 RH 的温度下降。根据热效应的金氏定律，加热功率P、温度差T(TRH-TRMG)与质量流量 Q 有确定的数学关系式：P/T=K1+K2f(Q)K3K1、K2、K3 是与气体物理性质有关的常数。使用特点：热式气体质量流量计独特的温度差测量方式， 区别于其它气体流量计，不需要

5、进行压力和温度修正，可以直接测量气体的质量流量，是真正的直接式质量流量计。3.3.涡街流量计涡街流量计工作原理： 涡街流量计是应用卡门涡街原理和现代电子技术设计而制造的一种流量计， 旋涡的发生频率与流体的速度成正比。 流体旋涡对三角柱产生交替变化的压力， 由压电信号传感器检测成电信号经前置放大器进行放大，变成标准电信号输出。优点：几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定;与孔板式流量计相比，涡街流量计测量围大，压力损失小，准确度高，安装与维护简单。缺点：涡街流量计的测量围较大，一般10

6、：1，但测量下限受许多因素限制。 Re10000 是涡街流量计工作的最基本条件，除此以外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率f 也小，还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应(如磁敏式一般不超过 400Hz)和电路的频率限制，因此设计时一定要对流速围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。振动也是该类仪表的一大劲敌。因此在使用时注意避免机械振

7、动，尤其是管道的横向振动 (垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动)，这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定涡街所必要的流动条件时， 是不宜直接选用的(要加装整流器)。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。 如压电应力式涡街流量计不能长期使用在300状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的10M100M 急降至 1M10K，输出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。 在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式， 以免长期高温

8、影响仪表可靠性和使用寿命。4.4.超声波气体流量计超声波气体流量计工作原理：超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。市面常见的时差法超声波流量计的工作原理为， 超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响， 在流体顺流方向和逆流方向是不一样的， 其传播时间差和流体的流速成正比。 只要测出超声波在这两个方向上传播的时间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。结构：超声波流量计主要由换能器和控制器 (变送器)两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器将电能转换为超声波能量， 并将其发射到被测流体中，接收换

9、能器接收到超声波信号， 通过传输线送到控制器(变送器)。 控制器(变送器)的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS 等控制系统。安装要求：测量点应尽量选择距离上游10 倍直径、下游 5 倍直径以均匀直管段，以确保流体所需的流速分布;流量计尽可能水平或垂直安装，管必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45 度角的围;对于外夹式超声波流量计， 测量点管道壁不能有过厚结垢层， 尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能;使

10、用特点：稳定性好、维修率低，不存在可动部件;超声流量计属于无阻碍流量计，无压力损失量，不会对流动形成阻碍;安装方便、简单，适用不同管径，尤其在测量大口径流量方面具有十分突出的优势。5.孔板节流式差压流量计工作原理： 差压式流量计中孔板节流式差压流量计应用最为广泛。 其工作原理为流体充满管道流经管道的节流件时，在节流件处流束形成局部收缩。此时，流速增大，静压降低，在节流件的前后产生差压，差压随流量的增大而增大，因而可依据差压来衡量流量的大小。结构：一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)构成差压式流量计。使用要求：管道的流动应该是稳定的，在测量时，流体流量应不随时间变化，或变化的非

11、常缓慢 ;流体必须在物理和热力学上是单项均匀的或可认为是单相的;流体在流进节流件以前，其流速必须与管道轴线平行，不得有旋转。6.6.气体罗茨流量计气体罗茨流量计工作原理：气体罗茨流量计属于容积式流量计， 由两个 8 字形转子和一个紧固的流量检测室组成， 随着气体的通过， 仪表入口和出口间产生的差压作用在由高精密同步轮联结在一起的一对腰轮上， 从而驱动腰轮轮流旋转。在这期间，腰轮与壳体壁形成的计量腔周期地充气和排气， 腰轮的转数与通过仪表的气体体积量成正比。 腰轮的旋转经由多级齿轮系减速，然后经磁性耦合传送到计数器，累计流过的气体总量。使用特点：仪表精度高，量程围度宽(30：1100：1)。仪表

12、不受管道流场畸变的影响，无需配置长的直管段。特别适合在撬装装置中安装。罗茨流量计要靠流体能量推动测量元件，因此带来相对高的压力损失，低压下压力损失为 200500Kpa。对介质赃污较敏感，上游需要安装过滤器。7.7.旋进旋涡气体流量计旋进旋涡气体流量计工作原理：当沿着轴向流动的流体进入流量传感器入口时， 漩涡发生体强迫流体进行旋转运动， 于是漩涡发生体中心产生旋涡流，旋涡流在文丘列管中旋进，到达收缩段突然节流使旋涡流加速，当旋涡流进入扩散段，因回流作用强迫进行旋进式二次旋进转。 此时旋涡流的旋转频率与流经旋进涡流量传感器处流体的流速成正比， 并为线性。两个压电传感器检测到微弱电荷信号经前置放大

13、器差动放大、 滤波、 整形后变成两路频率与流速成正比的脉冲信号，同时处理电路对两路的脉冲信号进行相位比较和判别， 剔除干扰信号，而对正常的流量信号进行计数处理。对流体的要求：适用于介质压力较高(5kPa-30kPa 以上，不同规格可使用最低压力不同)，要求流量围度小于 15:1，且对始动流量无特殊要求，不存在强烈震动，也不存在强烈的压力波动的场合。安装要求：仪表受管道脉动流的影响，需配置长的直管段。一般推荐上游直管段长度不小于5D，下游直管段长度不小于 1D，如安装空间不能满足上述要求，可在阻流件与传感器之间安装流动调节阀。使用特点：压力损失较大，不适于低压介质使用。流量围度为 15:1，但始

14、动流量较高，不适于要求始动流量低的场合使用，如住宅区等。8.8.膜式流量计膜式流量计工作原理：膜式流量计也属于容积式流量计。 其工作原理是在仪表进出口的压差作用下， 气体通过滑阀和分配室，使两个计量室的隔膜形成交替进排气的往复运动;各自往复进排气一次巡回体积为一额定值即一回转体积量;与此同时连接于隔膜主轴上的传动转换机构，将隔膜一回转的次数连续输入到计数机构，进行流量累计，从而显示出气体流出的总量。结构：膜式燃气表是由多个结构元件构成的，如外壳、机芯、指示装置和计量显示器。在计量元件中，机芯是整个膜式燃气表的核心， 以机械连动装置为传动结构的机芯可以将膜式燃气表分为外两个部分。 联动装置和气门

15、分配装置是控制样本燃气进入分配阀门的核心装置， 如果燃气管道的燃气入口和出口受环境压力而改变流动方向， 则气门分配装置会控制计量室的前后输出管道， 促使燃气强行排入膜式燃气表的计量检测装置中。 由此可见，膜式燃气表的联动机构与计量检测装置在统一计量环境的促进作用下，其应用性能也会发生相应的改变。使用特点：膜式流量计的优点是精度高，围度广，安装管道条件对计量精度没有影响，直读式仪表无需外部能源即可直接获得累计总量;缺点是结构复杂、体积庞大、不适合用于高、低温场所。结语结语流量计是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。 这是因为流量是一个动态量， 处于运动状态的液体部不仅存在着粘性摩擦作用，还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。测量仪表本身受到众多因素，如：管道、口径大小、形状(圆形、矩形)、边界条件、介质的物性(温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等 )、流体的流动状态(紊流状态、速度分布等)以及安装条件与水平的影响。面对国外十几类、上百个品种的流量仪表(先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型)，如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、 经济性等因素合理选型， 是应用好流量仪表的前提和基础。 除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。