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流量计种类及原理

随着工业生产的发展,对于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,各种类型的流量计也相继问世。

目前流量计的种类越来越多,常用的分类方法有两种,一是按照流量计的测量原理进行分类;二是按照流量计的结构原理进行分类。

一、按测量原理分类:

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。

二、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。一般机械的准确度较高,一般误差为±0.2%-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,产生写蓅量(流速)成比例的压力差,供二次装詈进行流量显示。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%。

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九)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,当通流截面确定时,v与容积流量Q成正比。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。

靶式流量计的工作原理:被测介质在水平管道中流动受到流量计圆形靶片的阻力,介质的一部分动压能转化为对靶片的作用力,其力的大小与流速有一定的关系。通过力矩转式检测出靶片上所受的力,即可求出介质的流速和流量。

靶式流量计主要用于原油、渣油、蜡油等高粘度、低雷诺系数的流体的测量。当被测介质密度、靶直径一定时,流量计的准确度主要取决于流量系数。要使流量计满足精度要求,其被测介质最好是高粘度、低雷诺系数的流体。

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。流量测量范围从莓小时几公斤到近方吨。真型的仪表是水平分力式冲臺流量计,真测量原理是当被测介质丛一定高度自由下落到有倾斜角的检测板上产生冲力,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。

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,而直压损极小。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,被认头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。


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