摘要：本文介绍了几种冶金工业常用流量计的原理结构及它们在选型安装和维护方面的应用,旨在探讨工业生产中如何合理选择适用又经济的流量仪表。
1前言
在冶金工业生产中,会涉及各类气体蒸汽和液体的流量测量,随着工业自动化仪表的发展,流量计仪表不断推陈出新。因此，合理选择测量方法及功能特性经济适用的流量仪表是非常必要的。以下就几种工业常用流量测量方法计及仪表选型进行一些实用性介绍。
2差压式流量计
差压式流量计是目前工业生产中测量气体、蒸汽液体流量最常用的一种仪表,也是发展较早,研究比较成熟及完善的测量仪表,目前相应品种在国际国内均已标准化。
2.1 差压式流量计的组成及原理
差压式流量计主要包括两部分:节流装置和差.压计。常用节流装置有标准孔板标准喷嘴和文丘利管等。其工作原理是:在管道内部装有孔板喷嘴等节流件,当流体流经节流件时,流束产生局部收.缩,流速增加,静压力降低,节流件前后就会产生静压力差。根据能量守恒定律和流动连续性方程的基本原理,得出流体的流量与差压的平方根成正比。所以通过测量流体差压,便可计算流体流量。
2.2差压式流量计的使用范围及安装要求
2.2.1标准节流装置的使用范围
据国家标准规定，标准节流装置的流量比应等于13,在个别情况下可取14,当流量比小于上述值时,测小流量时误差将增大。使用的节流装置不同,适用的管道直径D直径比和雷诺数也不相同，均有相应标准规定。
2.2.2.安装要求
节流装置应安装在有恒定截面积的两段圆形管道之间。为了保证测量精度,要求流束匀直充分扩散,且无旋涡,所以安装条件很重要。节流装置的安装位置前后直拉段长度均应遵照规定执行。
2.2.3节流装置的辅件要求
为避免高温有腐蚀介质对测量造成的影响,当介质温度大于70℃时须附加冷凝器;当介质为腐蚀性高粘度以冻结、以析出固体时须加隔离器。当介质为气体时须附加沉降器;当介质为液体时须附加集气器。
由于差压式流量计具有测量方法简单没有可动零件工作可靠适应性强,可不经实流标定而能保证一定的测量精度等一系列优点,从而能广泛应用于生产流程中。但为了保证好的使用效果,应根据需要增加冷凝器、集气器、沉降器和隔离器等辅件,维护中要对节流件和辅件定期检查及时清除污垢。
3弯管流量计
弯管流量计是最近发展的节能型差压式流量测量系统,目前广泛应用于冶金化工热电制药等部门的液体气体、蒸汽的测量,适用于各种工业现场,可作为长期监测流量的测量装置。
3.1弯管流量计的组成及原理
弯管流量计主要由弯管传感器二次表差压变送器及一些管道阀门组件组成。其工作原理如图1所示,当流体通过弯管传感器时,由于流体受到传感器的束缚,被迫作圆周围运动(即强制旋流),弯管与流体之间产生相互作用力。流体按照弯管的曲率作圓周运动产生离心力，该离心力的大小与流体的流速v密度ρ及所作圆周运动的曲率半径R有关,其表现为流体对传感器的内外侧形成压力差δP,该压力差的大小通过差压变送器检测转化为4~20mA信号,送入二次仪表,经标准电阻将电流信号转换成电压信号,通过80C552内部模拟开关和A/D转换器转换成数字信号，然后进行必要的计算和逻辑分析,将结果分别送到显示存储输出等单元。
3.2弯管流量计的特点及应用
弯管传感器能测量φ25~1000mm管道中各种流体的流量。其特点有以下几种。
3.2.1弯管传感器没有任何插入件和感测件,是没有附加阻力损失的节能型流量传感器。结构简单,工作可靠,节能降耗,节约运行费用,适合压力低,大管径,大流量的流量测量系统使用。
3.2.2耐磨性能好,使用寿命长,传感器使用寿命等同于所替代的标准弯头。长期运行管径的微小磨损对弯管传感器的测量精度影响甚微。
3.2.3安装方便,免维护,传感器采用直接焊接的方法安装在工艺管道上,简便经济,不会产生泄漏问题。
3.2.4适应性强,测量范围宽,传感器不受工作现场的高温粉尘潮湿震动、电磁场等不利因素的影响，,可在任何复杂的环境中工作。适用于中25~2000mm管道中,液体流速0.3~5m/s,蒸汽或气体流速7~70m/s的广阔范围。
3.2.5传感器对直管段的要求较低,只要满足前5D后2D就可以获得足够的测量精度。
4电磁流量计
4.1电磁流量计的测量原理
电磁流量计的测量原理基于法拉第电磁感应定律,如图2所示，即导电液体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中产生感应电压U,其感应电压信号通过两个与流体直接接触的电极检出,并通过电缆传送至放大器,然后转换成统一输出信号。
4.2电磁流量计的特点及应用
电磁流量计发展至今在关键性技术上有了较大突破,主要特点体现在以下方面。
4.2.1将50Hz交流励磁改进为低频矩形波励磁,大大消除了工频及现场各种杂散电磁场干扰的影响,可免去原来的要求的电极引线严格接地的条件,工作2稳定可靠。
4.2.2电极安装的密封技术和励磁线圈的防潮技术有了可靠保证避免因渗漏和受潮而造成仪表损.坏。
4.2.3接触被测介质的只有衬里和电极,可达到良好的耐腐蚀性和耐磨性,因此可测量各种强酸强碱化工溶液。
4.2.4电磁流量计测量管内无阻流及活动部件,不会造成额外的能量损失,也不会堵塞,节能效果显著。但要求被测介质是导电性的液体或液固相介质,因此一般的自来水各种酸碱盐溶液污水泥浆矿浆纸浆等都可以用电磁流量计测量,而非导电的介质如酒精纯丙酮汽油等油类物质不能用电磁流量计测量。
4.2.5安装要求低,前置直管段只要5D,后置直管段为2D(D为所选管道的内直径)。
4.2.6测量精度高，能达到测量值的±0.2%,而且可測正/反二个方向的流量。
4.2.7量程比大,最大为15001,能够较好、全面.地追踪流量,精确地测量夜间小流量。
4.2.8具有良好互换性,传感器转换器可以互换,不必重新进行实流标定就可达到精度。由于具有以上一系列优点,电磁流量计工业生产中得到非常广泛的应用,成为导电液体流量测量的首选仪表。
5.涡街流量计
5.1涡街流量计的测量原理
涡街流量计工作原理以卡曼涡街为基础,当流体流经非流线型档体时,在档体两侧交替产生旋涡信号。当雷诺数大于一定值时，旋涡的雷诺数与平均流量成正比,因而也与流量成正比。有旋涡引起的交替压力变化,通过发生体侧孔传递给差动电容传感器,差动电容传感器检测到这些压力脉冲并转换成电信号,前置放大器将这些正弦信号处理成为与流量成正比.的方波脉冲输出。
5.2涡街流量计的技术特点与应用
5.2.1具有较高的测量精度,电子信号变换器采用微处理器控制技术,配合高精度的信号处理方法,使得测量系统能够达到较高的精确度。
5.2.2具有较宽的测量范围,量程比可达130。
5.2.3较宽的温度使用范围,流体温度范围为.50℃~+400℃;环境温度范围为-30℃~+80℃.
5.2.4增强的抗震动性能,采用差动电容传感器，抗震动性能好,达到1g。
5.2.5高可靠性,无运动部件,无机械磨损,无须机械维修,电路元件采用表面贴装工艺,结构紧凑,可靠性高。
基于以.上特点,涡街流量计可方便地实现液体、气体和蒸汽的质量流量的测量,并能适应工业上较脏的煤气流量的测量。
6.超声波流量计
6.1超声波流量计的测量原理
超声波流量计利用声波在流动介质中传播时，其方向与介质运动方向相同时传播速度加快,相反时传播速度减低的这一特性，通过测出这个速度差从而求出管道内相应的流量。测量速度差的方法常采用时差法相差法。
6.2超声波流量计的特点及应用
与其它类型流量计相比,其优点有:可以实现非接触测量，对测量管道无插入零件,没有流体附加阻力,不受介质粘度导电性和腐蚀性影响,测量方式为线性特性,易于实现数字化输出及流量的积算。其主要缺点有:精度不太高,约±1%,另外温度对声波影响较大，故一般不适于温度波动大,介质物理特性变化大的流体测量,其次也不适于小流速小管径的流量测量,因为这时相对误差将增加。
7结束语
在冶金工业生产中,需要根据现场环境被测介质特性及实用性等方面合理选择流量仪表,应用合理则能达到预期的测量精度,反之则不能取得好的效果,甚至会很差。另外,正确的使用和维护方法也是良好测量效果的保证。
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