流量計(jì)又分為有差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)、細(xì)縫流量計(jì)、容積流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。按介質(zhì)分類(lèi):液體流量計(jì)和氣體流量計(jì)。
計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛。流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一,它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。做好這一工作,對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用,特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高的當(dāng)今時(shí)代,流量計(jì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。
工程上常用單位m3/h,它可分為瞬時(shí)流量(Flow Rate)和累計(jì)流量(Total Flow),瞬時(shí)流量即單位時(shí)間內(nèi)過(guò)封閉管道或明渠有效截面的量,流過(guò)的物質(zhì)可以是氣體、液體、固體;累計(jì)流量即為在某一段時(shí)間間隔內(nèi)(一天、一周、一月、一年)流體流過(guò)封閉管道或明渠有效截面的累計(jì)量。通過(guò)瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間積分亦可求得累計(jì)流量,所以瞬時(shí)流量計(jì)和累計(jì)流量計(jì)之間也可以相
應(yīng)用發(fā)展
科里奧利科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CMF)是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí),產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。 [2]
中國(guó)CMF的應(yīng)用起步較晚,已有幾家制造廠自行開(kāi)發(fā)供應(yīng)市場(chǎng);還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引用生產(chǎn)系列儀表。
國(guó)外CMF已發(fā)展30余系列,各系列開(kāi)發(fā)在技術(shù)上著眼點(diǎn)在于:流量檢測(cè)測(cè)量管結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)創(chuàng)新:提高儀表零點(diǎn)穩(wěn)定性和精確度等性能;增加測(cè)量管撓度,提高靈敏度:改善測(cè)量管應(yīng)力分布,降低疲勞損壞,加強(qiáng)抗振動(dòng)干擾能力等。
某些廠家研發(fā)出了可以測(cè)量氣液兩相的科里奧利儀表,可以應(yīng)用在卸船,含氣泡介質(zhì)等原先傳統(tǒng)儀表無(wú)法工作的場(chǎng)合。同時(shí)有一種MVD變送器可以實(shí)現(xiàn)儀表在線自校驗(yàn),即無(wú)需將流量計(jì)拆下,利用對(duì)流量管剛性的檢查,來(lái)判斷現(xiàn)場(chǎng)儀表的性能。
電磁
EMF從50年代初進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來(lái),使用領(lǐng)域日益擴(kuò)展,80年代后期起在各國(guó)流量?jī)x表銷(xiāo)售金額中已占16%~20%。
中國(guó)發(fā)展迅速,1994年銷(xiāo)售估計(jì)為6500~7500臺(tái)。國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)口徑為2~6m的EMF,并有實(shí)流校驗(yàn)口徑3m的設(shè)備能力。2008年銷(xiāo)售額已經(jīng)達(dá)到7700萬(wàn)美元,估計(jì)銷(xiāo)售量在35萬(wàn)臺(tái)以上。
渦街
USF在60年代后期進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用,80年代后期起在各國(guó)流量?jī)x表銷(xiāo)售金額中已占4%~6%。1992年世界范圍估計(jì)銷(xiāo)售量為3548萬(wàn)臺(tái),同期國(guó)內(nèi)產(chǎn)品估計(jì)在8000~9000臺(tái)。
應(yīng)用領(lǐng)域
流量測(cè)量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)
流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類(lèi)儀表之一,它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域,是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),節(jié)約能源,改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中,流量?jī)x表有兩大功用:作為過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。
能源計(jì)量
能源分為一次能源(煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣)、二次能源(電力、焦炭、人工燃?xì)狻⒊善酚?、液化石油氣、蒸汽)及載能工質(zhì)(壓縮空氣、氧、氮、氫、水)等。能源計(jì)量是科學(xué)管理能源,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量?jī)x表是能源計(jì)量?jī)x表的重要組成部分,水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計(jì),它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算的工具。
環(huán)境保護(hù)
煙氣,廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源,嚴(yán)重威脅人類(lèi)生存環(huán)境。國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策,環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的課題??諝夂退奈廴疽玫娇刂疲仨毤訌?qiáng)管理,而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制,流量計(jì)在煙氣排放、污水、廢氣處理流量計(jì)量方面有著不可替代的位置。
中國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家,全國(guó)有上百萬(wàn)個(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是污染的重要項(xiàng)目,每個(gè)煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計(jì),組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難,它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則,氣體組分變化不定,流速范圍大,臟污,灰塵,腐蝕,高溫,無(wú)直管段等。
交通運(yùn)輸
有五種方式:鐵路公路、航空、水運(yùn)和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)輸雖早已有之,但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問(wèn)題的突出,管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì),它是控制、分配和調(diào)度的眼睛,亦是安全監(jiān)沒(méi)和經(jīng)濟(jì)核算的工具。
常用類(lèi)型:
流量測(cè)量方法和儀表的種類(lèi)繁多,分類(lèi)方法也很多。2011年以前可供工業(yè)用的流量?jī)x表種類(lèi)達(dá)60種之多。品種如此之多的原因就在于沒(méi)有一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量?jī)x表,但是隨著時(shí)代的進(jìn)步,這個(gè)科技大爆炸的時(shí)代里,終于出現(xiàn)了一個(gè)產(chǎn)品-質(zhì)量流量計(jì),質(zhì)量流量計(jì)適用于任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件,只是價(jià)格比較昂貴,無(wú)法在所以工業(yè)中都得到普及。
舊式的60多種流量?jī)x表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測(cè)量對(duì)象劃分就有封閉管道和明渠兩大類(lèi);按測(cè)量目的又可分為總量測(cè)量和流量測(cè)量,其儀表分別稱(chēng)作總量表和流量計(jì)。此外,按測(cè)量原理可分為如下幾個(gè)大類(lèi):
1、力學(xué)原理:屬于此類(lèi)原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式;利用動(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式;利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式;利用流體動(dòng)量原理的靶式;利用角動(dòng)量定理的渦輪式;利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式;利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
2、電學(xué)原理:用于此類(lèi)原理的儀表有電磁式、差動(dòng)電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。
3、聲學(xué)原理:利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測(cè)量的有超聲波式.聲學(xué)式(沖擊波式)等。
4、熱學(xué)原理:利用熱學(xué)原理測(cè)量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。
5、光學(xué)原理:激光式、光電式等是屬于此類(lèi)原理的儀表。
6、原子物理原理:核磁共振式、核輻射式等是屬于此類(lèi)原理的儀表.
7、其它原理:有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。
本文按照目前、泛的分類(lèi)法分別來(lái)闡述各種流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國(guó)內(nèi)外的發(fā)揮在那情況:
靶式
靶式流量計(jì)是基于力學(xué)原理的一種流量計(jì),它在工業(yè)上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。新型SBL靶式流量計(jì)是在傳統(tǒng)靶式流量計(jì)的基礎(chǔ)上,隨著新型傳感器、微電子技術(shù)的發(fā)展研制開(kāi)發(fā)成的新型電容力感應(yīng)式流量計(jì),它既有孔板、渦街等流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件的特點(diǎn),同時(shí)又具有很高的靈敏度、與容積式流量計(jì)相媲美的準(zhǔn)確度,量程范圍寬。 [3]
中國(guó)于20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)電動(dòng)、氣動(dòng)靶式流量變送器它是電動(dòng)、氣動(dòng)單元組合儀表的檢測(cè)儀表。由于當(dāng)時(shí)力轉(zhuǎn)換器直接采用差壓變送器的力平衡機(jī)構(gòu),這種流量計(jì)使用時(shí)不免帶來(lái)力平衡機(jī)構(gòu)本身所造成的諸多缺陷,如零位易漂移,測(cè)量精確度低,杠桿機(jī)構(gòu)可靠性差等。由于力平衡機(jī)構(gòu)性能不佳的拖累,靶式流量計(jì)本身的許多優(yōu)點(diǎn)亦未能得到有效的發(fā)揮,至今用戶對(duì)舊靶式流量計(jì)的不良印象仍未消除。
新型SBL靶式流量計(jì)的力轉(zhuǎn)換器采用應(yīng)變式力轉(zhuǎn)換器,它消除了上述力平衡機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),新型靶式流量計(jì)還把微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到信號(hào)轉(zhuǎn)換器和顯示部分,流量計(jì)具有一系列優(yōu)點(diǎn),相信今后在眾多流量計(jì)中發(fā)揮重要的作用。
差壓式
差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件與流體相互作用產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)算流量的儀表。
差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換器和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類(lèi),如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)、皮托管原理式-畢托巴流量計(jì)等。
二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì),差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的、種類(lèi)規(guī)格龐雜的一大類(lèi)儀表,它既可測(cè)量流量參數(shù),也可測(cè)量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。
差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益式及射流式幾大類(lèi)。
檢測(cè)件又可按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為二大類(lèi):標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的。
所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用,無(wú)須經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和估算測(cè)量誤差。
非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是成熟程度較差的,尚未列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)件。差壓式流量計(jì)是一類(lèi)應(yīng)用泛的流量計(jì),在各類(lèi)流量?jī)x表中其使用量占居。由于各種新型流量計(jì)的問(wèn)世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類(lèi)流量計(jì)。
選型:
一般選型
可以從五個(gè)方面進(jìn)行考慮,這五個(gè)方面為流量計(jì)儀表性能方面、流體特性方面、安裝條件方面、環(huán)境條件方面和經(jīng)濟(jì)因素方面。五個(gè)方面的詳細(xì)因素如下:
儀表性能方面:準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特性、響應(yīng)時(shí)間、壓力損失等;
流體特性方面: 溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、混相、相變、電導(dǎo)率、聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容,等熵指數(shù);
安裝條件方面: 管道布置方向,流動(dòng)方向,檢測(cè)件上下游側(cè)直管段長(zhǎng)度、管道口徑,維修空間、電源、接地、輔助設(shè)備(過(guò)濾器、消氣器)、安裝、等;
環(huán)境條件方面:環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動(dòng)等;
經(jīng)濟(jì)因素方面: 儀表購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維修費(fèi)、儀表使用壽命、備品備件等。
(二)流量計(jì)儀表選型的步驟如下:
1、依據(jù)流體種類(lèi)及五個(gè)方面考慮因素初選可用儀表類(lèi)型(要有幾種類(lèi)型以便進(jìn)行選擇);
2、對(duì)初選類(lèi)型進(jìn)行資料及價(jià)格信息的收集,為深入的分析比較準(zhǔn)備條件;
3、采用淘汰法逐步集中到1~2種類(lèi)型,對(duì)五個(gè)方面因素要反復(fù)比較分析最終確定預(yù)選目標(biāo)。
注意事項(xiàng)
流體特性主要指燃?xì)獾膲毫?、溫度、密度、黏度、壓縮性等,由于煤氣的體積隨著溫度、壓力而變化,應(yīng)考慮是否要補(bǔ)償修正。
儀表性能是指儀表的精度、重復(fù)性、線性度、量程比、壓力損失、起始流量、輸出信號(hào)及響應(yīng)時(shí)間等,選流量計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行仔細(xì)分析比較,選擇能滿足計(jì)量介質(zhì)流量要求的儀表。
安裝條件是指燃?xì)饬飨颉⒐艿雷呦?、上下游直管道長(zhǎng)度、管徑、空間位置及管件等,這些都會(huì)影響燃?xì)饷簹饬髁坑?jì)的準(zhǔn)確運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)和使用壽命。
經(jīng)濟(jì)因素是指購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)及備品備件等,其又受燃?xì)饷簹饬髁坑?jì)的性能、可靠性、壽命等影響。
精度等級(jí)和功能根據(jù)測(cè)量要求和使用場(chǎng)合選擇儀表精 度等級(jí),做到經(jīng)濟(jì)合算。比如用于貿(mào)易結(jié)算、產(chǎn)品交接和能源計(jì)量的場(chǎng)合,
在精度等級(jí)選擇,如1.0級(jí)、0.5級(jí),或者更高等級(jí),用于過(guò)程控制的場(chǎng)合,根據(jù)控制要求選擇不同精度等級(jí)。有些僅僅是檢測(cè)一下過(guò)程流量,無(wú)需做精確控制和計(jì)量的場(chǎng)合,可以選擇精度等級(jí)稍低的,如1.5級(jí)、2.5級(jí),甚至 4.0級(jí),這時(shí)可以選用價(jià)格低廉的插入式電磁流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑測(cè)量一般的介質(zhì)時(shí),電磁流量計(jì)的滿度流量可以在測(cè)量介質(zhì)流速0.5—12m/s范圍內(nèi)選用范圍比較寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不一 定與工藝管道相同,應(yīng)視測(cè)量流量范圍是否在流速范圍內(nèi)確定,即當(dāng)管道流速偏低不能滿足流量?jī)x表要求時(shí)或者在此流速下測(cè)量準(zhǔn)確度不能保證時(shí),需要縮小儀表口徑,從而提高管內(nèi)流速,得到滿意測(cè)量結(jié)果。