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流量測量儀錶

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流量測量儀錶是用來測量管道或明溝中的液體、氣體或蒸汽等流體流量的工業自動化儀錶,又稱流量計。

1概述

流量測量儀錶
流量測量儀錶(flow measurement tester )是用來測量管道或明溝中的液體、氣體或蒸汽等流體流量的工業自動化儀錶,又稱流量計。
流量是指單位時間內流經管道有效截面的流體數量,流體數量用體積表示者稱為體積流量,單位為米³/時、升/時等;流體數量用質量表示者稱為質量流量,單位為噸/時、千克/時等。
早在1738年,瑞士人丹尼爾第一·伯努利以伯努利方程為基礎,利用差壓法測量水流量;後來義大利人文丘里研究用文丘里管測量流量,並於1791年發表了研究結果;1886年,美國人赫謝爾用文丘里管製成測量水流量的實用裝置。
20世紀初期到中期,原有的測量原理逐漸成熟,人們開始探索新的測量原理。自1910年起,美國開始研製測量明溝中水流量的槽式流量計。1922年,帕歇爾將原文丘里水槽改革為帕歇爾水槽。
1911~1912年,美籍匈牙利人卡門提出卡門渦街的新理論;30年代,又出現了探討用聲波測量液體和氣體的流速的方法,但到第二次世界大戰為止未獲很大進展,直到1955年才有應用聲循環法的馬克森流量計,用於測量航空燃料的流量。1945年,科林用交變磁場成功地測量了血液流動的情況。
二十世紀60年代以後,測量儀錶開始向精密化、小型化等方向發展。例如,為了提高差壓儀錶的精確度,出現了力平衡差壓變送器和電容式差壓變送器;為使電磁流量計的感測器小型化和改善信噪比,出現了用非均勻磁場和低頻勵磁方式的電磁流量計。此外,具有寬測量範圍和無活動檢測部件的實用卡門渦街流量計也在70年代問世。
隨著集成電路技術的迅速發展,具有鎖相環路技術的超聲(波)流量計也得到了普遍應用。微型計算機的廣泛應用,進一步提高了流量測量的能力,如激光多普勒流速計應用微型計算機后,可處理較為複雜的信號。
流量可利用各種物理現象來間接測量,所以流量測量儀錶種類繁多。按測量方法分,流量計有差壓式、變面積式、容積式、速度式和電磁式等。

2差壓流量

是應用非常廣泛的一類流量測量儀錶,約佔流量測量儀錶總數的70%。它由節流裝置和差壓計兩部分組成,充滿圓管的流體流經節流件(如孔板)時,流束在孔板處形成局部收縮,由於流速增加、靜壓力降低而在孔板前後產生壓差,這一壓差與流量的平方成正比。

3測量儀錶

有應變、電容和振弦式等差壓變送器,以及雙波紋管差壓計等類型。這類儀錶調試方便,且已規範化。只要將節流裝置與差壓計配套就可用於測量流體的流量。雙波紋管差壓計廣泛應用在石油、化工、冶金、電力和輕工業等行業,儀錶和節流裝配套使用時,可以測量液體、蒸汽和氣體的流量;和平衡器配套使用時,可以測量液位;單獨使用時,可以測量液體、氣體的壓力、吸力,顯示形式為指示、記錄、報警、積算,採用了焊接波紋管,保證了高、低壓波紋管有效面積一致,消除了靜壓誤差,提高了測量精確度。

4主要形式

是轉(浮)子流量計,是由錐形玻璃管和浮子組成,浮子能在垂直安裝的錐形玻璃管內上下移動。被測流體自下向上流過管壁與浮子之間環隙時,托起浮子向上,這時管與浮子之間的環隙面積增大,直到浮子兩邊壓差所形成的力與浮子重力相等時,浮子便處在一個平衡位置。
流量變化時浮子兩邊壓差所形成的力也隨之變化,使浮子又在一個新的位置上重新平衡,浮子浮起的高度即為流量計的讀數。

5渦輪流量

由感測器和顯示儀錶組成,感測器主要由磁電感應轉換器和渦輪組成。流體流過感測器時,先經過前導流件,再推動鐵磁材料製成的渦輪旋轉。旋轉的渦輪切割固殼體上的磁電感應轉換器的磁力線,磁路中的磁阻便發生周期性的變化,從而感應出交流電信號。

6信號頻率

與被測流體的體積流量成正比,感測器的輸出信號經前置放大器放大后輸至顯示儀錶,進行流量指示和積算。渦輪轉速信號還可用光電效應、霍爾效應等轉換器檢出。

7電磁流量

是由感測器、轉換器和顯示儀錶組成,根據法拉第電磁感應定律工作。

8卡門渦街

是在流體中放置一個非流線型柱狀物(圓柱或三角柱形等),在某一雷諾數範圍內便會在柱狀物後面的兩側交替地產生一種有規律的旋渦。根據兩側旋渦之間的距離與同側旋渦之間距的相互關係,就可測出旋渦頻率即可得出體積流量。

9一般流量

測量的是體積流量,而流體密度是隨著溫度、壓力的變化而變化的。因此,在密度變化的情況下,求出的體積流量對某一規定的工況來說是不準確的,而質量流量卻與溫度、壓力變化無關。因此在一些情況下,就需要使用質量流量計了。質量流量計可分為直接式和推導式兩類。

10新型流量

為了滿足流量測量的特殊要求,隨著新技術的發展,又出現一些新型流量測量儀錶。例如多普勒激光流速計能測量射流元件內氣流變化速度、超聲速的氣流和湍流、燃燒火焰,特別是它能測量速度的分佈;用氣動力輸送各種物料時,需要測量氣-固兩相流的流量,為此而研製出一種不需要單獨標定的相關流量計。

11其它流量

渦輪流量計
流體流過管道中渦輪葉片時,使渦輪葉片旋轉,葉片的轉速與流體的流量成正比,測量轉速即可知道流體的流量。

靶式流量計

靶式流量計是一種流體阻力式流量計,當介質流過管道中的靶時,靶受到流體的作用力,力的大小與流體的流量的平方成正比,可以根據力的大小測量流量。
電磁流量計的測量原理
B:磁感應強度 V:液體在管道內的平均流速 D:管道內徑
由上式可以看出,電動勢與管道中流過的體積流量成正比。在實際工作中,由於永久磁場產生的感應電動勢為直流,可導致電極極化或介質電解,引起測量誤差,所以在工業用儀錶中多採用交變磁場。
B=Bmax sinωt E= Bmax sinωt D V
所得到的感應電動勢也是交變的,這樣,可以消除介質的極化影響,同時測量出的信號容易放大,但相應增加了感應誤差。
另外,為了解決煙絲、水泥和玉米粉等固體流量測量,而研製出衝量流量計;為解決礦石、紙、煤破碎后變成漿狀液的輸送,和污水處理、挖泥等污泥的運送中的計量問題,已有耐磨內襯和帶濃度補償的電磁流量計;另外,在大口徑中插入一種由小口徑渦輪、渦街和電磁等製成的插入式流量計,就可測量大流量,而且儀器價格低廉,壓損小,也便於維修。

12測量誤差

一、測量誤差的定義
測量誤差為測量結果減去被測量的真值的差,簡稱誤差。因為真值(也稱理論值)無法準確得到,實際上用的都是約定真值,約定真值需以測量不確定度來表徵其所處的範圍,因此測量誤差實際上無法準確得到。
測量不確定度:表明合理賦予被測量之值的分散性,它與人們對被測量的認識程度有關,是通過分析和評定得到的一個區間。
測量誤差:是表明測量結果偏離真值的差值,它客觀存在但人們無法確定得到。
例如:測量結果可能非常接近真值(即誤差很小),但由於認識不足,人們賦予的值卻落在一個較大區域內(即測量不確定度較大);也可能實際上測量誤差較大,但由於分析估計不足,使給出的不確定度偏小。因此在評定測量不確定度時應充分考慮各種影響因素,並對不確定度的評定進行必要的驗證。

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