測量流量儀表的種類及工作原理

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流量計(jì)種類

流量計(jì)原理

在1738年，瑞士人丹尼爾*·伯努利以伯努利方程為基礎(chǔ)，利用差壓法測量水流量；后來意大利人文丘里研究用文丘里管測量流量，并于1791年發(fā)表了研究結(jié)果；1886年，美國人赫謝爾用文丘里管制成測量水流量的實(shí)用裝置。

20世紀(jì)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，美國開始研制測量明溝中水流量的槽式流量計(jì)。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(xiàn)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(zhàn)為止未獲很大進(jìn)展，直到1955年才有應(yīng)用聲循環(huán)法的馬克森流量計(jì)，用于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(dòng)的情況。

二十世紀(jì)60年代以后，測量儀表開始向精密化、小型化等方向發(fā)展。例如，為了提高差壓儀表的精確度，出現(xiàn)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(jì)的傳感器小型化和改善信噪比，出現(xiàn)了用非均勻磁場和低頻勵(lì)磁方式的電磁流量計(jì)。此外，具有寬測量范圍和無活動(dòng)檢測部件的實(shí)用卡門渦街流量計(jì)也在70年代問世。

流量測量儀表

流量測量儀表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(yè)自動(dòng)化儀表，又稱流量計(jì)。

流量是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道有效截面的流體數(shù)量，流體數(shù)量用體積表示者稱為體積流量，單位為米？/時(shí)、升/時(shí)等；流體數(shù)量用質(zhì)量表示者稱為質(zhì)量流量，單位為噸/時(shí)、千克/時(shí)等。

隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，具有鎖相環(huán)路技術(shù)的超聲(波)流量計(jì)也得到了普遍應(yīng)用。微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步提高了流量測量的能力，如激光多普勒流速計(jì)應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)后，可處理較為復(fù)雜的信號(hào)。

流量可利用各種物理現(xiàn)象來間接測量，所以流量測量儀表種類繁多。按測量方法分，流量計(jì)有差壓式、變面積式、容積式、速度式和電磁式等。

差壓流量計(jì)是應(yīng)用非常廣泛的一類流量測量儀表，約占流量測量儀表總數(shù)的70％。它由節(jié)流裝置和差壓計(jì)兩部分組成，充滿圓管的流體流經(jīng)節(jié)流件(如孔板)時(shí)，流束在孔板處形成局部收縮，由于流速增加、靜壓力降低而在孔板前后產(chǎn)生壓差，這一壓差與流量的平方成正比。

測量壓差的儀表有應(yīng)變、電容和振弦式等差壓變送器，以及雙波紋管差壓計(jì)等類型。這類儀表調(diào)試方便，且已規(guī)范化。只要將節(jié)流裝置與差壓計(jì)配套就可用于測量流體的流量。

變面積式流量計(jì)的主要形式是轉(zhuǎn)(浮)子流量計(jì)，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(nèi)上下移動(dòng)。被測流體自下向上流過管壁與浮子之間環(huán)隙時(shí)，托起浮子向上，這時(shí)管與浮子之間的環(huán)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(shí)，浮子便處在一個(gè)平衡位置。

流量變化時(shí)浮子兩邊壓差所形成的力也隨之變化，使浮子又在一個(gè)新的位置上重新平衡，浮子浮起的高度即為流量計(jì)的讀數(shù)。

渦輪流量計(jì)由傳感器和顯示儀表組成，傳感器主要由磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器和渦輪組成。流體流過傳感器時(shí)，先經(jīng)過前導(dǎo)流件，再推動(dòng)鐵磁材料制成的渦輪旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的渦輪切割固殼體上的磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器的磁力線，磁路中的磁阻便發(fā)生周期性的變化，從而感應(yīng)出交流電信號(hào)。

信號(hào)的頻率與被測流體的體積流量成正比，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后輸至顯示儀表，進(jìn)行流量指示和積算。渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)還可用光電效應(yīng)、霍耳效應(yīng)等轉(zhuǎn)換器檢出。

電磁流量計(jì)是由傳感器、轉(zhuǎn)換器和顯示儀表組成，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律工作。

卡門渦街流量計(jì)是在流體中放置一個(gè)非流線型柱狀物(圓柱或三角柱形等)，在某一雷諾數(shù)范圍內(nèi)便會(huì)在柱狀物后面的兩側(cè)交替地產(chǎn)生一種有規(guī)律的旋渦。根據(jù)兩側(cè)旋渦之間的距離與同側(cè)旋渦之間距的相互關(guān)系，就可測出旋渦頻率即可得出體積流量。

一般流量計(jì)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(guī)定的工況來說是不準(zhǔn)確的，而質(zhì)量流量卻與溫度、壓力變化無關(guān)。因此在一些情況下，就需要使用質(zhì)量流量計(jì)了。質(zhì)量流量計(jì)可分為直接式和推導(dǎo)式兩類。

為了滿足流量測量的特殊要求，隨著新技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)一些新型流量測量儀表。例如多普勒激光流速計(jì)能測量射流元件內(nèi)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布；用氣動(dòng)力輸送各種物料時(shí)，需要測量氣-固兩相流的流量，為此而研制出一種不需要單獨(dú)標(biāo)定的相關(guān)流量計(jì)。

另外，為了解決煙絲、水泥和玉米粉等固體流量測量，而研制出沖量流量計(jì)；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(yùn)送中的計(jì)量問題，已有耐磨內(nèi)襯和帶濃度補(bǔ)償?shù)碾姶帕髁坑?jì)；另外，在大口徑中插入一種由小口徑渦輪、渦街和電磁等制成的插入式流量計(jì)，就可測量大流量，而且儀器價(jià)格低廉，壓損小，也便于維修。

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