流量计的分类及选型.ppt

流量计的分类及选型,提纲,流量计的分类 差压式流量计的工作原理及特点 涡街流量计的工作原理及特点 电磁流量计的工作原理及特点 浮子流量计的工作原理及特点 容积式流量计的工作原理及特点 涡轮流量计的工作原理及特点 插入式流量计的工作原理及特点 科氏力质量流量计的工作原理及特点 超声流量计的工作原理及特点 典型流量流体的流量测量,流量计的应用领域,一，工业生产过程 流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛诮用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域 二，能源计量 能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等 三，环境保护工程 烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。,四，交通运输 有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。 五，生物技术 生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。 六，科学实验 科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。 七，海洋气象，江河湖泊 这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。,流量计的分类,差压式流量计：充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以差压式流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。 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。,差压式流量计,优异的稳定性、可靠性和抗振动能力；简单牢固，性能稳定可靠，价格低廉 对高温、高压、低静压、低流速、低密度流体的适应性； 口径从小到大，系列齐全； 变更量程方便； 只要按照标准设计、制造、安装和使用，无需实流标定就能获得规定的准确度，因而为用户带来方便。,差压式流量计,特点,差压式流量计的缺点及局限性 测量精确度在流量计中属中等水平。由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高。 范围度窄，由于仪表信号（差压）与流量为平方关系，一般范围度较小。 现场安装条件要求较高，如需较长的直管段（指孔板、喷嘴）。 节流装置与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏，堵塞及冻结、信号失真等故障。,差压式流量计,特点,（一）已实现标准化的差压流量计：ISO 5167标 准中所列的几种节流装置 标准孔板 喷嘴 文丘里管,差压式流量计,分类,差压式流量计,分类,（二）非标差压式流量计 低雷诺数用：1/4圆孔板，锥形入口孔板， 双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等； 脏污介质用：圆缺孔板，偏心孔板，环状 孔板，楔形孔板，弯管节流件等； 低压损用：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板， 双重文丘里喷嘴，通用文丘里管，Vasy管等； 小管径用：整体（内藏）孔板； 端头节流装置：端头孔板，端头喷嘴，Borda 管等；,差压式流量计,分类,宽范围度节流装置：弹性加载可变面积可变压头流量计（线性孔板）； 毛细管节流件：层流流量计； 临界流节流装置：音速文丘里喷嘴； 流道式，多孔节流装置，机翼式 插入式差压流量计:圆形截面检测杆；棱形截面检测杆；T形截面检测杆；弹头形截面检测杆。,涡街流量计,在流体中安放一个非流线型旋涡发生体，使流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串规则地交错排列的旋涡，且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计。,卡曼涡街,涡街流量计,（1）旋涡流量计的优点 结构简单、牢固、安装维护方便。相比节流装置无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等。 精确度较高，一般为（11.5）%R。 测量范围宽，合理确定口径，范围度可达20:1. 压损小，约为节流式差压流量计的1/4 1/2。 输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移。 在一定雷诺数范围内，输出频率不受流体物性（密度、粘度）和组成的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状、尺寸有关。,涡街流量计,特点,（1）旋涡流量计的缺点 对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所。 口径越大，分辨率越低，一般满管式流量计用于DN400以下。 流体温度太高时，传感器还有困难，一般流体温度420。 当流体有压力脉动或流量脉动时，示值大幅度偏高，影响较大，因此不适用于脉动流。,涡街流量计,特点,（1）涡街流量计的慎用 振动和干扰较强的场所、稳定性要求高的场合慎用旋涡流量计 低静压低流速场合慎用涡街流量计 低密度流体慎用涡街流量计 高粘度不宜用涡街流量计测量 赃物介质不宜用涡街流量计测量,涡街流量计,适用性,电磁流量计,法拉第电磁感应定律 （右手定则）,E = KBVD,式中：E 感应电势； K 仪表常数； B 磁感应强度； V 平均流速； D 测量管内径。,电磁流量计的优点 管道为光滑直管：直通无阻塞,压损小,节能效果好 测量体积流量：不受密度,温度,压力,黏度,电导率 (需大于最小电导率)等物理参数影响 流量测量范围大：1000:1 ，根据现场需要改变流量量程，无需离线实流标定 最低保证精度流速达0.5 m/s 线性好，精度高：可达0.2%示值 可测正反向流量； 可测脉冲流和多相流 与流体接触的电极和内衬材料有多种选择 可掩埋安装和长期沉浸安装，最高IP68 使用寿命长，性价比高 供电模式可选：220VAC，24VDC,电池供电,电磁流量计,特点,电磁流量计,特点,电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。,电磁流量计的缺点 不能测量电导率很低的液体,如石油制品; 不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体; 不能用于较高温度。最高可承受温度160,浮子流量计,浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种 , 在一根由下向上扩大的垂直锥管中 , 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的 , 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。,一般分为玻璃和金属转子流量计。 金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计,浮子流量计,分类,玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便； 适用于小管径和低流速; 压力损失较低； 不受液体中所含的各种杂音（电气的、化学的及流体的等）的影响； 低价格，容易安装。 缺点1）耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险； 2）不能测量有杂质的介质，易堵塞； 3）易受外界磁场影响。,浮子流量计,特点,容积式流量计,容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 分类 容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。,容积式流量计,安装在计量腔内的一对相互啮合的椭圆齿轮，在流体的作用下交替相互驱动，各自绕轴旋转。齿轮与壳体之间有一新月形计量室，齿轮每转一周就排出4份固定的容积，因此由齿轮的转动次数就可计出流体流过的总量。,椭圆齿轮,容积式流量计,椭圆齿轮式流量计对流体的清洁度要求较高，如果被 测介质过滤不清，齿轮很容易被固体异物卡死而停止测量。 齿轮既作计量之用又作驱动之用，使用日久齿轮磨损后，齿轮与壳体之间所构成的新月形计量室容积相应增大； 齿轮与壳体之间的间隙也相应增大（导致泄漏增大）。 这两个因素都使得仪表示值偏低。在仪表超负荷运行时，磨损加速，上述情况变得更加严重。,椭圆齿轮,容积式流量计,在腰轮流量计中，由腰轮与壳体所组成的计量室和腰轮转数实现计量。,腰轮齿轮,由于同计量精确度密切相关的是腰轮，而驱动有专门的驱动齿轮担任，因此，驱动齿轮的磨损不影响计量精确度。另外，根据力学关系分析，主动轮对从动轮的驱动，驱动力由驱动轮传递，两个腰轮之间无明显摩擦，所以腰轮磨损极微小，这一特点使得腰轮流量计能长期保持较高的测量精确度。,容积式流量计,腰轮齿轮,从图中可看出，在0.811mPas黏度范围内，黏度影响较大，粘度从5.65mPas下降到0.8mPas，误差负向增大约0.5%；在1151mPas时，黏度对仪表误差仍有明显影响；黏度大于51mPas时，黏度对误差影响已不明显。,粘度对计量精度有明显影响。,容积式流量计,刮板流量计的特点： 弹性刮板流量计是一种结构独特的容积式流量计。 作为计量部件的转子和刮板与计量室为弹性接触。 即使介质中有较多杂质，固体颗粒较大，也能正常工作，不会卡死和严重磨损。 特点：运行无脉动，噪声小，但计量精度不如腰轮高。,刮板式,图5.4 弹性刮板流量计工作原理 1-壳体；2-嵌条；3-挡板；4-刮板；5-转子,容积式流量计,双转子,图5.4 弹性刮板流量计工作原理 1-壳体；2-嵌条；3-挡板；4-刮板；5-转子,双转子流量计的特点： 由于特殊设计的螺旋转子，使得转子转矩一定，等速回转，无脉动，无噪声。 由于一对转子排量大，所以，相同流量上限的仪表，螺杆式体积小得多，重量也轻。 范围度宽，最大可达300：1.但当液体粘度很高100mPas）时，因流量上限受仪表两端压差制约，范围度有一定程度下降。,容积式流量计,结构复杂，体积大，笨重，尤其是口径较大时，体积庞大，故一般只适用于中小口径。 由于高温条件下零件热膨胀、变形，低温条件下材料变脆等问 题，容积式流量计不适用于高低温场合，流体温度范围只能达到-30+160，压力最高10MPa。 对流体洁净程度要求高，当含有颗粒等各种固形物时，流量计上游须装目数足够多的过滤器。并要经常清理，维护工作量大。 转动部分长期运转，引起机械磨损，一般都导致计量误差增大。部分型式容积流量计（如椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式）在测量过程中会引起流动脉动，较大口径仪表噪声较大，甚至使管道产生振动。,缺点,涡轮流量计,当被测流体流过涡轮流量计传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。 涡轮流量计测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统。在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,涡轮流量计,优点: (1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计之一;涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品 (2)重复性好; (3)元零点漂移,抗干扰能力好; (4)范围度宽; (5)结构紧凑。 缺点: (1)不能长期保持校准特性; (2)流体物性对流量特性有较大影响。,特点,插入式流量计,（1）点流速型：插入式涡街、插入式涡轮、 插入式电磁、毕托管差压流量计等。 （2）径流速型：差压式均速管流量传感器 （圆形断面、菱形断面、子弹头断面、T 形断面）、热式均速管流量传感器等,分类,插入式流量计,优势,与满管式流量计相比，插入式流量计有很多优点： 价格便宜，只及满管式的几分之一到几十分之一。 体积小、重量轻，易于安装和维修。 带配套球阀的，可实现不断流拆装。 压损小,插入式流量计,结构,测量头：其结构实际上就是一台流量传感器，不过这里作为局部流速测量的流速计使用。 插入杆：支撑测量头的一根支杆。 插入机构：由连接法兰、插入杆提升机构及球阀组成。可在不断流的情况下将测量头由管道内提升到表体外，以便检查维修。 转换器：测量头信号输出转换的电子部件。 仪表表体：对于大口径一般都不带仪表表体，而是利用工艺管道的一段作为测量管。,超声波流量计,超声波流量计依据测量原理 常见的有两类： 时间差计量（传播速度差法） 多普勒原理计量 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,分类,超声波流量计,时差式,超声波流量计,多普勒超声波流量计为利用多普勒效应工作。如附图所示其通过对流体中颗粒与气泡的反射，使得传输频率被线性改变。其最终结果是发射器与接收器频率之间的转换，该值与流速存在直接关系。,多普勒式,超声波流量计,优点, 可作非接触测量 夹装式换能器安装无需断流。因此可作便携式流量测量工作。由于仪表不与流体接触，流体的高压、腐蚀、结 晶不对仪表构成威胁。 仪表不对流体产生妨碍，无压损。 可采用干法标定。除带测量管段式外，一般不需作实流 标实。 价格基本上与管径无关。,超声波流量计,缺点, 时差法超声流量计只能用于清洁液体和气体。悬浮颗粒和气泡超过某一范围的流体，不能使用。 外夹式换能器不能用于衬里或结垢太厚的管道，也不能 用于衬里（或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道。 管径太小时不能使用。,科氏力质量流量计,质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周在振管周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在 传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。,科氏力质量流量计,优点,直接测量质量流量，有很高的测量精确度。 可测量流体范围广泛，包括高粘度流体、液固二相流体、含有微量气体的液气两相流体以及密度足够高的中高压气体。 上、下游管路引起的旋涡流和非均匀流速分布对仪表性能无影响，通常不要求配置专门长度的直管段 流体粘度变化对测量值影响不显著，流体密度变化对测量值影响也极微小。 有多路输出，可同时分别输出瞬时质量流量或体积流量、 流体密度、流体温度等信号。还带有若干开关量输入输出口，某些型号仪表能实现批量操作。 有双向流量测量功能。,科氏力质量流量计,缺点,零点稳定性差，影响其精确度的进一步提高。 不能用于测量密度较低的介质如低压气体。 液体中含气量稍高一些就会使测量误差显著增大。 对外界振动干扰较为敏感。 不能用于较大管径，目前只能做到DN300。 测量管内壁磨损、腐蚀、沉积结垢会影响测量精确度。 压力损失大，尤其是测量饱和蒸气压较高的液体时，压损很易导致液体气化，出现气穴，导致误差增大甚至无法测量。,典型流量流体的流量测量,蒸汽流量的测量,节流装置测量 孔板、喷嘴、文丘里 涡街流量计 插入式流量计 差压式均速管流量传感器（圆形断面、菱形断面、子弹头断面、T形断面）等 蒸汽的温压补偿可直接得出质量流量 测量饱和蒸汽：压力变送器和温度传感器配一样 测量过热蒸汽：压力变送器和温度传感器两样必配,干净气体流量的测量,气体的特点 (1)振动大 (2)含水分 (3)脉动流 选用流量计 (1)浮子流量计 (2)差压式节流装置（针对积水，可选用圆缺孔板或偏心孔板） (3)涡街流量 在无振动或无明显振动的场所使用。 优势：压损小、精度高、范围度宽、维护工作量小。 局限性： 口径：15mmDN400mm； 压力： PN 4MPa（或6.4MPa） 温度： tmax 420。,风管和烟道气体流量的测量,气体的特点 低静压、低流速、有的振动明显，有的含有灰尘。 管道截面形式有圆形和矩形。 选用流量计 (1)均速管流量计 配有球阀，便于拔出清洗； 矩形流通截面，用多根均速管，提高 测量准确度。 (2)差压式节流装置,煤气流量的测量,气体的特点 流体静压低、流速低，允许压损小，一般不允许用缩小管径的方法提高流速。 流体湿度高，有的测量对象还带少量水，在管道底部作分层流动。 有的测量对象氢含量高，流体密度小，用涡街流量计测量时，信号较弱。 煤气发生炉、焦炉等产出的煤气一般带焦油之类粘稠物，有的还带一定数量尘埃。 测量点位于压气机出口时，存在一定的流动脉动。 流体属易燃易爆介质，仪表有防爆要求。 从小到大各种管径都有。 最小流量与最大流量差异悬殊。 用于贸易结算的系统，计量精确度要求高；用作一般监视和过程控制的系统，精确度要求则低一些。,煤气流量的测量,选用流量计 （1）孔板差压流量计 可换孔板节流装置 a. 在不断流前提下，抽下孔板清洗； b. 在不断流前提下，更换不同测量 范围的孔板。 圆缺孔板 水平管道底部分层流动的水， 从圆缺部分顺利通过节流件。,煤气流量的测量,选用流量计 （2）均速管差压式流量计 优点： 压力损失可忽略。 便于不断流清洗。 管径较大时，投资省。 局限性： 精度不如孔板流量计高，只适用于过程控制； 强制检定困难。 差压信号小，易出现漂移。,天然气流量的测量,国际天然气贸易计量：体积计量、质量计量和能量计量三种。 工业国家：以质量计量和能量计量为主。