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摘要随着社会的高速发展，高科技在化工领域的不断应用，流量计已经成为化工企业不可或缺的工具。本文概述了流量计的种类与发展现状、分类。通过对化工企业最常用到的五种流量计的分析和对比，来选择其合适的使用环境。进而预测其发展趋势。
关键词：流量计、发展、应用。
中图分类号：U467.4+6 文献标识码：A 文章編号：
一、流量计的发展史
流量测量仪表是用来测量管道或明沟中的液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表，又称流量计。 流量是指单位时间内流经管道有效截面的流体数量，流体数量用体积表示者称为体积流量，单位为米3/时、升/时等；流体数量用质量表示者称为质量流量，单位为吨/时、千克/时等。 早在1738年，瑞士人丹尼尔第一·伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究结果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的实用装置。 20世纪初期到中期，原有的测量原理逐渐成熟，人们开始探索新的测量原理。自1910年起,美国开始研制测量明沟中水流量的槽式流量计。1922年，帕歇尔将原文丘里水槽改革为帕歇尔水槽。 二十世纪60年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高差压仪表的精确度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为使电磁流量计的传感器小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁流量计。此外，具有宽测量范围和无活动检测部件的实用卡门涡街流量计也在70年代问世。 二、分类比较应用
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。下面就阐述几种常见的流量计。
1 差压式流量计
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。
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。一次装置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。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。
差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。
差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。
优点:
(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;
(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;
(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。
缺点:
(1)测量精度普遍偏低;
(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;
(3)现场安装条件要求高;
(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。
应用概况:
差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等; 管径方面:从几 mm 到几 m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。
2浮子流量计
浮子流量计,又称转子流量计,是变面式流量计的一种,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,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。
80 年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。我国产量1990 年估计在12~14万台,其中 95%以上为玻璃锥管浮子流量计。
特点:
(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大危险;
(2)适用于小管径和低流速;
(3)压力损失较低。
3 涡轮流量计
涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。
优点:
(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;
(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。
应用概况:
涡轮流量计在以下一些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,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从 0.8~6.5MPa 的气体涡轮流量计, 它们已成为优良的天然气计量仪表。
4 电磁流量计
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心组成。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。
电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。70、80 年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。
优点:
(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;
(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;
(3)所测流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响;
(4)流量范围大,口径范围宽;
(5)可应用腐蚀性流体。
缺点:
(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;
(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;
(3)不能用于较高温度。
应用概况:
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。
5涡街流量计
涡街流量计漩涡发生体分离的漩涡频率f正比于流速v(f=k1v,k1为系数)，同时承受与ρv2成正比的升力F(F=k2ρv2,ρ为流体密度，k2为系数)。以f除以F，再乘流通面积A ,便可求得质量流量qm，即 qm=(F/f)A=(k2ρv2/k1v)A=kρvA 式中 k为仪表系数，k=k2/k1
涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,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游涡的仪表。 涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。
优点:
(1)结构简单牢固;
(2)适用流体种类多;
(3)精度较高;
(4)范围度宽;
(5)压损小。
缺点:
(1)不适用于低雷诺数测量;
(2)需较长直管段;
(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);
(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。
结束语:
通过上面的论述,流量计发展到今天虽然已日趋成熟,但其种类仍然极其繁多,至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。所以, 在选择仪表时,一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况,并要兼顾考虑其它因素, 这样测量才会准确; 努力研制新型仪表,使其在现有的基础上更加完善
关键词：流量计、发展、应用。
中图分类号：U467.4+6 文献标识码：A 文章編号：
一、流量计的发展史
流量测量仪表是用来测量管道或明沟中的液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表，又称流量计。 流量是指单位时间内流经管道有效截面的流体数量，流体数量用体积表示者称为体积流量，单位为米3/时、升/时等；流体数量用质量表示者称为质量流量，单位为吨/时、千克/时等。 早在1738年，瑞士人丹尼尔第一·伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究结果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的实用装置。 20世纪初期到中期，原有的测量原理逐渐成熟，人们开始探索新的测量原理。自1910年起,美国开始研制测量明沟中水流量的槽式流量计。1922年，帕歇尔将原文丘里水槽改革为帕歇尔水槽。 二十世纪60年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高差压仪表的精确度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为使电磁流量计的传感器小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁流量计。此外，具有宽测量范围和无活动检测部件的实用卡门涡街流量计也在70年代问世。 二、分类比较应用
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。下面就阐述几种常见的流量计。
1 差压式流量计
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。
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。一次装置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。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。
差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。
差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。
优点:
(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;
(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;
(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。
缺点:
(1)测量精度普遍偏低;
(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;
(3)现场安装条件要求高;
(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。
应用概况:
差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等; 管径方面:从几 mm 到几 m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。
2浮子流量计
浮子流量计,又称转子流量计,是变面式流量计的一种,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,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。
80 年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。我国产量1990 年估计在12~14万台,其中 95%以上为玻璃锥管浮子流量计。
特点:
(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大危险;
(2)适用于小管径和低流速;
(3)压力损失较低。
3 涡轮流量计
涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。
优点:
(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;
(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。
应用概况:
涡轮流量计在以下一些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,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从 0.8~6.5MPa 的气体涡轮流量计, 它们已成为优良的天然气计量仪表。
4 电磁流量计
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心组成。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。
电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。70、80 年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。
优点:
(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;
(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;
(3)所测流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响;
(4)流量范围大,口径范围宽;
(5)可应用腐蚀性流体。
缺点:
(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;
(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;
(3)不能用于较高温度。
应用概况:
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。
5涡街流量计
涡街流量计漩涡发生体分离的漩涡频率f正比于流速v(f=k1v,k1为系数)，同时承受与ρv2成正比的升力F(F=k2ρv2,ρ为流体密度，k2为系数)。以f除以F，再乘流通面积A ,便可求得质量流量qm，即 qm=(F/f)A=(k2ρv2/k1v)A=kρvA 式中 k为仪表系数，k=k2/k1
涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,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游涡的仪表。 涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。
优点:
(1)结构简单牢固;
(2)适用流体种类多;
(3)精度较高;
(4)范围度宽;
(5)压损小。
缺点:
(1)不适用于低雷诺数测量;
(2)需较长直管段;
(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);
(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。
结束语:
通过上面的论述,流量计发展到今天虽然已日趋成熟,但其种类仍然极其繁多,至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。所以, 在选择仪表时,一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况,并要兼顾考虑其它因素, 这样测量才会准确; 努力研制新型仪表,使其在现有的基础上更加完善