各种流量计原理优缺点介绍

流量计简介 概述 定义 流体的流量 指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比 该时间足够短以致可认为在此期间的流动是稳定的 此流量又称瞬时流量 流量计 用以测量管路中流体流量 单位时间内通过的流体体积 的仪表 分类 容积式流量计转子流量计差压式流量计电磁流量计 超声波流量计涡街流量计质量流量计冲板式流量计 容积式流量计 容积式流量计原理 容积式流量计 又称定排量流量计 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 应用 容积式流量计可以计量各种液体和气体的累积流量 由于这种流量计可以精密测量体积量 所以其类型包括从小型的家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表 容积式流量计 优点 1 计量精度高 2 安装管道条件对计量精度没有影响 3 可用于高粘度液体的测量 4 范围度宽 5 直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量 清晰明了 操作简便 缺点 1 结构复杂 体积庞大 2 被测介质种类 口径 介质工作状态局限性较大 3 不适用于高 低温场合 4 大部分仪表只适用于洁净单相流体 5 产生噪声及振动 容积式流量计种类 椭圆齿轮流量计刮板式流量计腰轮流量计双转子流量计 活塞式流量计圆盘式流量计湿式气体流量计皮囊式流量计 椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和仪表壳体构成 原理 当被测量流体流过椭圆齿轮流量计时 带动齿轮旋转 齿轮每转一周就有一定数量的流体通过仪表 只要记录下齿轮的转数就知道被测流体的总量 腰轮流量计 腰轮流量计原理腰轮流量计的基本原理同椭圆齿轮流量计相同只是轮子形状略有不同 腰轮流量计示意图 双转子流量计 双转子流量计双转子流量计属于目前国际上最新一代容积式流量计 也称为UF 流量计或螺杆流量计 是用于管道中液体流量的测量和控制的精密仪表 工作原理一对特殊齿型的螺旋转子直接啮合 无相对滑动 不需要同步齿轮 靠进 出口处较小的压差推动转子旋转 同一时刻 每一个转子在同一横截面上受到流体的旋转力矩虽然不一样 但两个转子分别在所有横截面上受到旋转力矩的合力矩是相等的 因此两个转子各自作等速 等转矩旋转 排量均衡无脉动 螺旋转子每转一周可输出8倍空腔的容积 因此 转子的转数与流体的累积流量成正比 转子的转速与流体的瞬时流量成正比 双转子流量计示意图 转子流量计 转子流量计又称浮子流量计 其流量检测元件由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子所组成 被测流体从下向上经过锥管和浮子形成的环隙时 浮子上下端产生差压形成浮子上升的力 当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时 浮子便上升 环隙面积随之增大 环隙处流体流速立即下降 浮子上下端差压降低 作用于浮子的上升力亦随着减少 直到上升力等于浸在流体中浮子重量时 浮子便稳定在某一高度 浮子流量计 浮子流量计 优点 结构简单 使用维护方便 对仪表前后直管段长度要求不高 压力损失小而且恒定 测量范围比较宽 缺点 测量精确度相对较低 为 2 左右 更适用于中小管径 中小流量和较低雷诺数的流量测量 仪表测量受被测介质的密度 粘度 温度 压力 纯净度影响 差压式流量计 差压式流量计原理 基于在流通管道上设置流动阻力件 流体通过阻力件时将产生压力差 此压力差与流体流量之间有确定的数值关系 通过测量差压值可以求得流体流量 如孔板流量计 文丘里流量计 均速管流量计 压差式流量计 优点 结构简单 无可动部件 可靠性较高 复现性能好 适应性较广 它适用于各种工况下的单相流体 适用的管道直径范围宽 可以配用通用差压计 装置已标准化 缺点 安装要求严格 流量计前后要求较长直管段 测量范围窄 一般范围度为3 1 压力损失较大 对于较小直径的管道测量比较困难 精确度不够高 1 2 孔板流量计 孔板流量计原理 当充满管道的流体流经孔板时 将产生局部收缩 流束集中 流速增加 静压力降低 于是在孔板前后产生一个静压力差 该压力差与流量存在着一定的函数关系 流量越大 压力差就越大 通过导压管将差压信号传递给差压变送器 转换成4 20mA DC标准信号 经流量显示仪 便显示出管道内的瞬时和累积流量 孔板流量计 孔板流量计 文丘里管 涡轮流量计 涡轮流量计原理 它采用多叶片的转子 涡轮 感受流体平均流速 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 可以测量气体 液体流量 涡轮流量计 优点 高精度 一般为0 5级 在小范围内误差 0 1 在所有流量计中 属于最精确的流量计 无零点漂移 抗干扰能力好 内部清洗简单 仪表有校宽的工作温度范围 200 400 可耐较高工作压力 10MPa 缺点 要求被测介质洁净 适用于粘度大的液体测量 电磁流量计 电磁流量计工作原理电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计 其传感器主要由内衬绝缘材料的测量管 穿通测量管壁安装的一对电极和用以产生工作磁场的一对线圈及铁芯组成 当导电流体流经传感器测量管时 在电极上将感应与流体平均流速成正比的电压信号 该信号经转换器放大处理 直接显示流量及总量并可输出模拟 数字信号 电磁流量计示意图 电磁流量计 电磁流量计 优点 测量导管中无阻力件 压力损失极小 其流速测量范围宽 为0 5 10m s 范围度可达10 1 流量计的口径可从几毫米到几米以上 流量计的精度0 5 1 5级 仪表反应快 流动状态对示值影响小缺点 对测量导电流体的电导率有要求 不能测量气体 蒸汽和电导率低的石油流量 超声波流量计 超声流量计超声波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 超声波流量计 优点 不受电率 压力 温度以及粘度的影响 与介质不接触 尤其适用于腐蚀性介质的测量 安装简单 费用低 可在现有管道上安装 无需切断工艺管道 管径适用广泛 无挠流件 不限流 无需缩径 缺点 超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂 需要满管操作 涡街流量计 涡街流量计的原理 在流量计管道中 设置一阻流件 当流体流经阻流件时 由于阻流件表面的阻流作用 流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡 这些旋涡在阻流件的侧后方分开 形成所谓的卡门 Karman 旋涡列 两列旋涡的旋转方向是相反的 原理 钝体产生的涡街脱落频率与流速有一定的关系 涡街流量计原理示意图 涡街流量计 涡街流量计 优点 涡街流量计适用于气体 液体和蒸汽介质的流量测量 其测量几乎不受流体参数 温度 压力 密度 粘度 变化的影响 涡街流量计在仪表内部无可动部件 使用寿命长 压力损失小 输出为频率信号 有较宽的范围度30 1 测量精度也比较高 为 0 5 1 缺点 流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度 旋涡发生体被沾污也会引起误差 质量流量计 科里奥利质量流量计 目前使用比较广泛 简称科氏力流量计 利用流体在振动管中流动时 将产生与质量流量成正比的科里奥利力的测量原理 科氏力流量计由检测科里奥利力的传感器与转换器组成 质量流量计 质量流量计原理传感器测量主体为一根U形管 U形管的两个开口端固定 流体由此流入和流出 在U形管顶端装有电磁装置 用于激发U形管 使其以O O为轴 按固有的自振频率振动 振动方向垂直于U形管所在平面 U形管中的流体在沿管道流动的同时又随管道作垂直运动 此时流体将产生一科里奥利加速度 并以科里奥利力反作用于U形管 由于流体在U形管两侧的流动方向相反 所以作用于U形管两侧的科氏力大小相等方向相反 从而形成一个作用力矩 U形管在此力矩作用下将发生扭曲 U形管的扭角与通过的流体质量流量相关 U形管两侧通过中心平面的时间差也与流体质量流量相关 质量流量计 优点 具有准确性 重复性 稳定性 而且在流体通道内没有阻流元件和可动部件 可直接测得质量流量信号 不受被测介质物理参数的影响 精度较高 可以测量多种液体和浆液 也可以用于多相流测量 不受管内流态影响 因此对流量计前后直管段要求不高 其范围度可达100 1 但是它的阻力损失较大 存在零点漂移 管路的振动会影响其测量缺点 不能用于测量低密度介质和低压气体 液体中含气量超过某一限制会显着著影响测量值 对外界振动干扰较为敏感 为防止管道振动影响 大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高 不能用于较大管径 目前尚局限于150 200 mm以下 价格昂贵 国外价格5000 10000美元一套 约为同口径电磁流量计的2 5倍 靶式流量计 靶式流量计原理在管流中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件 称之为 靶 流体经过时 由于受阻将对靶产生作用力 此作用力与流速之间存在着一定关系 通过测量靶所受作用力 可以求出流体流量 靶式流量计 优点