流量檢測方法與儀表-差壓式流量計

流量檢測方法與儀表-差壓式流量計

1、 流量檢測方法與儀表

在工業生產過程中，物料的輸送絕大部分是在管道中進行的，因此，這裏主要介紹用於管道流動的流量檢測方法。由於流量檢測條件的多樣性和複雜性，流量的檢測方法非常多，是工業生產過程常見參數中檢測方法最多的。據統計，目前在全世界流量檢測的方法至少有百多種，其中有十幾種是工業生產和科學研究中常用的。

按照檢測量的不同，流量檢測方法可以分為體積流量檢測和質量流量檢測，按照檢測原理不同，流量檢測方法有可分為速度法、容積法和質量法。

速度法是以流量測量管道內流體的平均流速，再乘以管道截麵積求得流體的體積流量的。基於這種檢測方法的流量檢測儀表有差壓式流量計、轉子流量計、電磁流量計和超聲波流量計等。

容積法是在單位時間以標準固定體積對流動介質連續不斷地進行測量，以排出流體固定容積數來計算流量。基於這種檢測方法的流量檢測儀表有如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計和刮板流量計等。

質量流量的檢測分為直接法和間接法兩種。直接式質量流量計直接測量質量流量，如角動量式、量熱式和科氏力式等；間接式質量流量計是同時測出容積流量和流體的密度而自動計算出質量流量的。質量流量計測量精度不受流體的溫度、壓力和黏度等影響，是一種新型的正處於發展中的儀表。

2、差壓式流量計

差壓式流量計在流通管道內安裝流動阻力元件，流體通過阻力元件時，流束將在節流件處形成局部收縮，使流速增大，靜壓力降低，於是在阻力件前後產生壓力差。該壓力差通過差壓計檢出，流體的體積流量或質量流量與差壓計所測得的差壓值有確定的數值關係。

通過測量差壓值便可求得流體流量，並轉換成電信號 ( 如 DC4mA ～ 20mA) 輸出。把流體流過阻力元件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節流過程，其中的阻力元件稱為節流元件。

（1） 差壓式流量計的基本結構

差壓式流量計主要由節流裝置、信號管路、差壓變送器和顯示儀表 / 控製器組成。節流裝置將被測流體的流量轉換成差壓信號，信號管路把差壓信號傳輸到差壓變送器或差壓計。

差壓計對差壓信號進行測量並顯示出來，差壓變送器將差壓信號轉換為與流量相對應的標準電信號或氣信號，通過顯示儀表進行顯示、記錄與控製。差壓變送器的工作原理在前麵已經闡述，這裏不再介紹。

（2）基本原理

當流體流經節流裝置時，流束發生收縮，流速增加，從而靜壓力降低，於是在節流裝置前後產生差壓△P（△P=P1－P2），差壓△P與流量Q有一定關係，即流量Q與差壓△P的平方根成正比，所以用差壓計測量出△P就可以得到流量Q的大小，這就是差壓法測流量的基本原理。

（3）標準節流裝置

節流裝置就是使管道中流動的流體產生靜壓力的裝置，完整的節流裝置由節流元件、取壓裝置和上下遊測量導管 3 部分組成，有標準節流裝置和非標準節流裝置兩大類。對於標準節流裝置，在設計計算時都有統一的標準規定、要求和計算所需的有關數據及程序，可直接按照標準製造；安裝和使用時不必進行標定，能保證一定的精度。非標準節流裝置主要用於特殊介質或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實驗方法單獨標定。作為流量檢測用的節流元件有標準的和特殊的兩種。標準節流元件包括標準孔板、標準噴嘴和標準文丘裏管。標準孔板是用不鏽鋼或其他金屬材料製造的薄板，具有圓形開孔並與管道同心，其直角入口邊緣非常銳利，且相對於開孔軸線是旋轉對稱的，順流的出口呈擴散的錐形，如圖 2.48 所示。對標準孔板的特征尺寸要求為：節流孔徑 d 不小於 12.5mm ，直徑比 d/D 應在 0.2 ～ 0.75 之間， D 為管道直徑，直孔厚度 h 應在 0.005D ～ 0.02D 之間，孔板的總厚度 H應在 h ～ 0.05D 之間，圓錐麵的斜角α應在 30 °～ 45 °之間。

標準孔板結構簡單，加工方便，價格低廉。單對流體造成的壓力損失較大，測量精度較低，而且一般隻使用於潔淨流體介質的測量。在測量大管徑高溫高壓介質時，孔板容易變形。

（4）節流裝置的取壓方式

差壓式流量計是通過測量節流元件前後靜壓力差△ p 來實現流量測量的值與取壓孔位置和取壓方式緊密相關。根據節流裝置取壓口位置，取壓方式分為理論取壓、角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓與損失取壓五種，如圖 2.49 所示。國家規定標準的取壓方式有角接取壓、法蘭取壓和 D-D/2 取壓。

壓口和單獨鑽孔取壓口。環隙取壓利用左右對稱的 4 個環室把孔板夾在中間，通常要求環隙在整個圓周上穿通管道，或者每個夾持環應至少有 4 個開孔與管道內部連通，每個開孔的中心線彼此互成等角度，再利用導壓管把孔板上下遊的壓力分別引出。當采用單獨鑽孔取壓時，取壓口的軸線應盡可能以 90 °與管道軸線相交，環隙寬度和單獨鑽孔取壓口的直徑 a 通常在 4mm ～ 10mm 之間。顯然，環隙取壓由於環室的均壓作用，便於測出孔板兩端的平穩差壓，能得到較好的測量精度，但是夾持環的加工製造和安裝要求嚴格。當管徑 D ＞ 500mm 時，一般采用單獨鑽孔取壓。角接取壓法比較簡單，環室取壓容易實現，測量精度較高。

法蘭取壓裝置的上下遊側取壓孔的軸線至孔板上、下遊側端麵之間的距離均為25.4mm±0.8mm(1inch) 。取壓孔開在孔板上下遊側的法蘭上。法蘭取壓法結構簡單，容易裝配，計算也方便，但精度較角接取壓法低些，僅適用於標準孔板。

（5） 轉子流量計

轉子流量計又名浮子流量計或麵積流量計。浮子流量計具有結構簡單，使用維護方便，對儀表前後直管段長度要求不高，壓力損失小且恒定，測量範圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測氣體、蒸汽和液體的流量，適用性廣等特點。浮子流量計主要由一根自下向上擴大的垂直錐管和一隻可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成，如圖 2.50 所示。當被測流體自錐管下端流入流量計時，由於流體的作用，浮子上下端麵產生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當差壓值大於浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升，浮子最大外徑與錐管之間的環形麵積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等於浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應的關係。

對於不同的流體，由於密度發生變化，原來的流量刻度將不再適用。所以原則上，轉子流量計應該用實際介質進行標定。

上麵所介紹的轉子流量計隻適用於就地指示，對配有電遠傳裝置的轉子流量計，可以將反映流量大小的轉子高度 h 轉換為電信號，傳送到其他儀表進行指示、記錄和控製。圖2.51 為電傳式轉子流量計的工作原理圖。當流體流量變化時使轉子轉動，磁鋼 1 和 2 通過帶動杠杆 3 及連杆機構 6 、 7 、 8 使指針 10 在標尺 9 上就地指示流量。與此同時，差動變壓器檢測出轉子的位移，產生差動電勢通過放大和轉換後輸出電信號，通過顯示儀表顯示和通過控製儀表進行調節。