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各種氣體流量計的原理和特性(必須選擇氣體流量由京儀股份為您整理，歡迎閱讀了解。

面對種類繁多的燃?xì)獗砗土髁坑嫷娜細(xì)獗?，如何為不同的用戶選擇合適的流量計是一個難題。跟隨邊肖看各種燃?xì)獗砗土髁坑嫷墓ぷ髟砗吞攸c！

1.渦輪機氣體流量計

工作原理

當(dāng)氣流進(jìn)入流量計時，它首先通過具有特殊結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)流體并加速。在流體的作用下，由于渦輪葉片與流體的流動方向形成一定的角度，渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，并在克服阻力力矩和摩擦力矩后開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)力矩達(dá)到平衡時，轉(zhuǎn)速不變，渦輪轉(zhuǎn)速與流量成線性關(guān)系。

葉輪的轉(zhuǎn)速通過一對齒輪降低，同時，密封的磁力聯(lián)軸器將旋轉(zhuǎn)傳遞給儀表外部的機械計數(shù)器。利用電磁感應(yīng)原理，旋轉(zhuǎn)渦輪葉片頂部的磁化器周期性地改變磁阻，從而在線圈的兩端感應(yīng)出與流體體積流量成比例的脈沖信號，并通過測量脈沖信號的頻率獲得流量。渦輪機流量計與流量計計算機(或積分器)一起使用。流量計計算機具有脈沖、溫度和壓力檢測通道，并配有各種通信接口。

渦輪機流量計結(jié)構(gòu):由表面體、導(dǎo)向體(導(dǎo)流板)、葉輪、軸、軸承、信號檢測器等組成。

安裝要求

(1)安裝透平機流量計前，輸氣管道應(yīng)清潔，無可能對透平機葉片和機械部件造成損壞的雜質(zhì)，如水、污物和焊渣。當(dāng)被測介質(zhì)不干凈時，應(yīng)添加過濾器。

(2)渦輪機流量計對管道中的流速分布和旋轉(zhuǎn)流的變形敏感。因此，具有必要長度的直管段應(yīng)根據(jù)上游阻力構(gòu)件的類型進(jìn)行配備。一般來說，上游的直管段長度較短為10天，下游的直管段長度較短為5天(D 流量計公稱直徑)。如果有復(fù)雜的阻力部件，如旋風(fēng)分離器、空間接頭、壓力調(diào)節(jié)閥等。流量計上游，整流器應(yīng)安裝在流量計上游5天的位置。

③流量計應(yīng)水平安裝，避免垂直安裝。如果管道中有水或氣體非常潮濕，流量計管道應(yīng)傾斜，以便液體能從流量計流出。如果流量計垂直安裝，流體的流動方向應(yīng)該是向下的。

(4)確保流體的流動方向與儀器外殼的箭頭方向一致，并且不得反向。

⑤試驗介質(zhì)不應(yīng)腐蝕汽輪機，尤其是軸承，否則應(yīng)采取措施。

使用特征

渦輪流量計具有精度高、重復(fù)性好、量程寬、結(jié)構(gòu)緊湊、無零點漂移、抗干擾能力強等優(yōu)點。缺點是校準(zhǔn)特性和流體物理特性不能長時間保持，并且對流動特性有很大影響。

2.熱類型氣體質(zhì)量氣體流量計/流量計

工作原理

熱公式氣體質(zhì)量流量計是一種使用熱擴(kuò)散原理測量氣體流量的儀器。傳感器由兩個參考水平熱阻(RTD)組成。一個是右側(cè)速度傳感器，另一個是溫度傳感器RMG，它測量氣體的溫度變化。當(dāng)兩個電阻溫度傳感器被置于測量值氣體時，傳感器右側(cè)被加熱，另一個傳感器RMG被用來檢測測量值氣體的溫度。隨著氣體流量的增加，氣流帶走更多的熱量，傳感器右側(cè)的溫度降低。

根據(jù)金的熱效應(yīng)定律，加熱功率P、溫差△T(TRH-TRMG)和質(zhì)量流量Q有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系:

P/△T=K1+K2 f(Q)K3

K1、K2和K3是與氣體物理性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)。

特征

熱式氣體質(zhì)量燃?xì)獗愍毺氐臏夭顪y量方法不同于其他氣體流量計，不需要壓力和溫度校正，可以直接測量氣體的質(zhì)量流量，是真正的直接式質(zhì)量流量計。

3.渦街流量計

工作原理:渦街流量計是應(yīng)用卡門渦街原理和現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計制造的一種渦街，渦街的產(chǎn)生頻率與流體速度成正比。流體渦流在三角柱上產(chǎn)生交變壓力，壓電信號傳感器檢測到的電信號被前置放大器放大，成為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。

優(yōu)勢

它可以用于幾乎任何可以形成渦流陣列的情況，不僅適用于封閉管道，也適用于開口槽。與渦輪流量計相比，渦街流量計沒有可移動的機械部件，維護(hù)工作量少，儀器常數(shù)穩(wěn)定。與孔板流量計相比，渦街流量計測量范圍大，壓力損失小，精度高，安裝維護(hù)簡單。

不足之處

①渦街流量計測量范圍大，一般為10: 1，但測量下限受多種因素限制。Re>。10000是渦街流量計的較基本條件。此外，它還受到渦旋能量的限制。如果介質(zhì)的速度低，渦流的強度和旋轉(zhuǎn)速度也低，這使得傳感器元件難以產(chǎn)生響應(yīng)信號，渦流頻率F小，并且信號處理困難。測量的上限受傳感器的頻率響應(yīng)(例如，磁敏感型通常不超過400赫茲)和電路頻率的限制，因此必須在設(shè)計期間計算流速范圍，并且必須根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場的環(huán)境條件復(fù)雜，在選擇時除了環(huán)境溫度、濕度、大氣等條件外，還應(yīng)考慮電磁干擾。在高壓輸電站、大型整流站等強干擾情況下，磁敏儀器、壓電應(yīng)力儀等儀器無法正常工作或無法精確測量。

(2)振動也是這種儀器的大敵。因此，應(yīng)注意避免機械振動，尤其是管道的橫向振動(垂直于管道軸線和垂直于渦流發(fā)生器軸線的振動)，這種振動在流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計中無法抑制和消除。由于渦街信號對流場的影響同樣敏感，當(dāng)不能保證穩(wěn)定渦街所需的流動條件時，直接選擇直管段長度是不合適的(應(yīng)安裝整流器)。即使是電容型和超聲波型，具有很強的抗振性，也能保證流體是完全發(fā)展的單向流動，這是不可忽視的。

(3)介質(zhì)溫度對渦街流量計的性能也有很大影響。例如，壓電應(yīng)力渦街流量計不能在300℃下長時間使用，因為其絕緣阻抗在常溫下會從10m到100ω迅速下降到1mω到10kΩ，輸出信號也會變小，導(dǎo)致測量特性惡化。因此，應(yīng)選擇磁敏或電容結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中，傳感器和轉(zhuǎn)換器應(yīng)分開安裝，以避免長期高溫影響儀器的可靠性和使用壽命。

4.超聲波氣體流量計/氣體流量計

工作原理

超聲波測量流量的方法有很多種，典型的方法有差分法、聲循環(huán)法和多普勒法。市場上常見時差超聲波流量計的工作原理是超聲波在流體中的傳播速度受流體流速的影響，流體的下游方向和上游方向不同，傳播時差與流體流速成正比。只要測量超聲波在這兩個方向上傳播的時間差，就可以知道流體的流速，并將其乘以管道的橫截面積來獲得流體的流速。

結(jié)構(gòu)

超聲波流量計主要由傳感器和控制器(變送器)組成。有兩種傳感器，一種是發(fā)射傳感器，另一種是接收傳感器。發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換成超聲波能量，并將其傳輸給待測流體。接收換能器接收超聲波信號，并通過傳輸線將其發(fā)送至控制器(發(fā)射器)?？刂破?變送器)的功能是通過電子電路將接收到的超聲波信號放大并轉(zhuǎn)換成與待測流體的體積流量成比例的電信號，進(jìn)行顯示和累計計算，并將信號遠(yuǎn)程傳輸至控制系統(tǒng)，如集散控制系統(tǒng)。

安裝要求

(1)測點應(yīng)盡可能選擇上游直徑10倍以內(nèi)、下游直徑5倍以內(nèi)的均勻直管段，以保證流體所需的流速分布；

(2)流量計應(yīng)盡可能水平或垂直安裝，且管子必須充滿液體。當(dāng)傳感器安裝在傾斜的管子上時，不應(yīng)安裝在上部和底部，以防止氣體或管子中的雜質(zhì)進(jìn)入測量通道，傳感器應(yīng)盡可能放置在與水平面成45度的范圍內(nèi)。

(3)對于外夾式超聲波流量計時，測量點處的管道內(nèi)壁不應(yīng)有太厚的結(jié)垢層，應(yīng)盡量選擇無結(jié)垢的管段，并應(yīng)具有良好的導(dǎo)聲性能；

使用特征

(1)穩(wěn)定性好，維護(hù)率低，無運動部件；

(2)超聲波流量計屬于無阻礙流量計，無壓力損失，無流動障礙；

(3)安裝方便簡單，適用于不同管徑，在測量大直徑流量方面具有突出的優(yōu)勢。

5.節(jié)流孔節(jié)流壓差流量計

工作原理

差壓類型流量計孔板節(jié)流差壓流量計使用較廣泛。其工作原理是當(dāng)流體充滿管道并流經(jīng)管道中的節(jié)流元件時，流束在節(jié)流元件處形成局部收縮。此時，流速增加，靜壓降低，導(dǎo)致節(jié)氣門前后的壓差。壓差隨著流量的增加而增加，因此可以根據(jù)壓差來測量流量。

結(jié)構(gòu)

一次裝置(試件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀器)形成差壓類型流量計。

運行要求

管道中的流量應(yīng)該穩(wěn)定。在測量過程中，流體流量不應(yīng)隨時間變化或變化非常緩慢。流體必須在物理和熱力學(xué)上是均勻的，或者可以被認(rèn)為是單相的；在流體流入節(jié)流元件之前，其流速必須平行于管道軸線，并且不得旋轉(zhuǎn)。

6.氣體根流量計

工作原理

氣體根流量計屬于正位移流量計，由兩個8形轉(zhuǎn)子和一個緊固的流量檢測室組成。隨著氣體的通過，儀器入口和出口之間產(chǎn)生的壓差作用在一對由高精度同步輪連接的腰輪上，從而帶動腰輪依次轉(zhuǎn)動。在此期間，由腰輪和殼體內(nèi)壁形成的計量室周期性地膨脹和收縮，腰輪的轉(zhuǎn)數(shù)與通過流量計的體積成比例。腰輪的旋轉(zhuǎn)通過多級齒輪系減速，然后通過磁力耦合傳遞到計數(shù)器，總流量氣體。

特征

①儀器精度高，量程寬(30: 1 ~ 100: 1)。

(2)儀器不受管道內(nèi)流場畸變的影響，不需要配置長直管段。它特別適合安裝在撬裝設(shè)備中。

(3)羅茨流量計依靠流體能量推動測量元件，造成較高的壓力損失，低壓時為200 ~ 500千帕。

(4)對介質(zhì)污染敏感，需要在上游安裝過濾器。

7.渦流氣體流量計

工作原理

當(dāng)沿軸向流動的流體進(jìn)入流量傳感器的入口時，渦流發(fā)生器迫使流體旋轉(zhuǎn)，從而在渦流發(fā)生器的中心產(chǎn)生渦流，渦流在文丘里管中較佳，并且渦流通過收縮部分的突然節(jié)流而加速。當(dāng)渦流進(jìn)入擴(kuò)散段時，由于回流效應(yīng)，渦流被迫進(jìn)行旋進(jìn)式二次旋進(jìn)旋轉(zhuǎn)。此時，渦流的旋轉(zhuǎn)頻率與流入渦流傳感器的流體的流速成比例，并且是線性的。

兩個壓電傳感器檢測到的微弱電荷信號通過前置放大器進(jìn)行差分放大、濾波和整形，然后轉(zhuǎn)換成頻率與流量成正比的兩個脈沖信號。同時，處理電路比較和鑒別兩個脈沖信號的相位，去除干擾信號并計數(shù)正常流量信號。

對流體的要求

適用于介質(zhì)壓力高的場合(5kPa-30kPa以上，不同規(guī)格可采用不同的較小壓力)，要求流量范圍小于15:1，對初始流量無特殊要求，無強烈振動，壓力波動不大。

安裝要求

儀器受管道中脈動流的影響，需要配備一個長直管段。一般情況下，建議上游直管段長度不小于5D，下游直管段長度不小于1D。如果安裝空間不能滿足上述要求，可以在阻流構(gòu)件和傳感器之間安裝流量調(diào)節(jié)閥。

特征

(1)壓力損失大，不適合低壓介質(zhì)。

(2)流量范圍為15:1，但初始流量較高，不適合要求低初始流量的場合，如居住區(qū)。

8.薄膜氣體流量計

工作原理

膜式氣體流量計也屬于容積式計量機構(gòu)。

在燃?xì)獗磉M(jìn)出口壓差的作用下，氣體使兩個計量室的隔膜通過滑閥和分配室形成交替進(jìn)排氣的往復(fù)運動；每個往復(fù)進(jìn)氣和排氣的容積是一個額定值，即一個旋轉(zhuǎn)容積。同時，連接到隔膜主軸的傳動轉(zhuǎn)換機構(gòu)連續(xù)地將隔膜旋轉(zhuǎn)的次數(shù)輸入到用于流量累積的計數(shù)機構(gòu)，從而顯示流出總量氣體。

結(jié)構(gòu)

膜式燃?xì)獗碛赏鈿?、機芯、指示裝置和計量顯示器等幾個結(jié)構(gòu)元件組成。在計量元件中，運動是整個膜式燃?xì)獗淼暮诵?。以機械聯(lián)動為傳動結(jié)構(gòu)的機芯可將膜式燃?xì)獗矸譃閮?nèi)部和外部兩部分。聯(lián)動裝置和閥門分配裝置是控制樣氣進(jìn)入分配閥的核心裝置。如果氣體管道中的氣體進(jìn)出口因環(huán)境壓力而改變流向，閥門分配裝置將控制計量室的前后輸出管道，迫使氣體排入膜式燃?xì)獗淼挠嬃繖z測裝置。由此可見，在統(tǒng)一計量環(huán)境的推動下，膜式燃?xì)獗淼穆?lián)動機構(gòu)和計量檢測裝置的應(yīng)用性能將會發(fā)生相應(yīng)的變化。

使用特征

膜式流量計具有精度高、量程比可達(dá)160:1的優(yōu)點，主要用于民用和工業(yè)氣體的測量和貿(mào)易結(jié)算，工作壓力為1-30千帕，管道的安裝條件對測量精度沒有影響。

缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，不適合高低溫場所。

結(jié)論

氣體流量計本身受到許多因素的影響，例如:管道、口徑大小、形狀(圓形、矩形)、邊界條件、介質(zhì)的物理性質(zhì)(溫度、壓力、密度、粘度、臟污、腐蝕性等)。)，流體的流動狀態(tài)(湍流狀態(tài)、速度分布等。)，以及安裝條件和水平。面對國內(nèi)外十多種、數(shù)百種流量計(容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式、熱力式流量計等相繼開發(fā)的類型)，如何根據(jù)流量、流量狀態(tài)、安裝要求、環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選擇類型，是氣體流量計應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。除了確保儀器本身的質(zhì)量，提供過程數(shù)據(jù)以及儀器的安裝、使用和維護(hù)是否合理也非常重要。

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