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各種氣體流量計(jì)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(duì)種類繁多的燃?xì)獗砗土髁坑?jì)的燃?xì)獗?，如何為不同的用戶選擇合適的流量計(jì)是一個(gè)難題。跟隨邊肖看各種燃?xì)獗砗土髁坑?jì)的工作原理和特點(diǎn)！

1.渦輪機(jī)氣體流量計(jì)

工作原理

當(dāng)氣流進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，它首先通過(guò)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(dòng)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(kāi)始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)力矩達(dá)到平衡時(shí)，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(guò)一對(duì)齒輪降低，同時(shí)，密封的磁力聯(lián)軸器將旋轉(zhuǎn)傳遞給儀表外部的機(jī)械計(jì)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(hào)，并通過(guò)測(cè)量脈沖信號(hào)的頻率獲得流量。渦輪機(jī)流量計(jì)與流量計(jì)計(jì)算機(jī)(或積分器)一起使用。流量計(jì)計(jì)算機(jī)具有脈沖、溫度和壓力檢測(cè)通道，并配有各種通信接口。

渦輪機(jī)流量計(jì)結(jié)構(gòu):由表面體、導(dǎo)向體(導(dǎo)流板)、葉輪、軸、軸承、信號(hào)檢測(cè)器等組成。

安裝要求

(1)安裝透平機(jī)流量計(jì)前，輸氣管道應(yīng)清潔，無(wú)可能對(duì)透平機(jī)葉片和機(jī)械部件造成損壞的雜質(zhì)，如水、污物和焊渣。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)不干凈時(shí)，應(yīng)添加過(guò)濾器。

(2)渦輪機(jī)流量計(jì)對(duì)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(zhǎng)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(lái)說(shuō)，上游的直管段長(zhǎng)度較短為10天，下游的直管段長(zhǎng)度較短為5天(D 流量計(jì)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(jì)上游，整流器應(yīng)安裝在流量計(jì)上游5天的位置。

③流量計(jì)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(jì)管道應(yīng)傾斜，以便液體能從流量計(jì)流出。如果流量計(jì)垂直安裝，流體的流動(dòng)方向應(yīng)該是向下的。

(4)確保流體的流動(dòng)方向與儀器外殼的箭頭方向一致，并且不得反向。

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

使用特征

渦輪流量計(jì)具有精度高、重復(fù)性好、量程寬、結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)零點(diǎn)漂移、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是校準(zhǔn)特性和流體物理特性不能長(zhǎng)時(shí)間保持，并且對(duì)流動(dòng)特性有很大影響。

2.熱類型氣體質(zhì)量氣體流量計(jì)/流量計(jì)

工作原理

熱公式氣體質(zhì)量流量計(jì)是一種使用熱擴(kuò)散原理測(cè)量氣體流量的儀器。傳感器由兩個(gè)參考水平熱阻(RTD)組成。一個(gè)是右側(cè)速度傳感器，另一個(gè)是溫度傳感器RMG，它測(cè)量氣體的溫度變化。當(dāng)兩個(gè)電阻溫度傳感器被置于測(cè)量值氣體時(shí)，傳感器右側(cè)被加熱，另一個(gè)傳感器RMG被用來(lái)檢測(cè)測(cè)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?dú)特的溫差測(cè)量方法不同于其他氣體流量計(jì)，不需要壓力和溫度校正，可以直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，是真正的直接式質(zhì)量流量計(jì)。

3.渦街流量計(jì)

工作原理:渦街流量計(jì)是應(yīng)用卡門渦街原理和現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)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(hào)傳感器檢測(cè)到的電信號(hào)被前置放大器放大，成為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。

優(yōu)勢(shì)

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(kāi)口槽。與渦輪流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)沒(méi)有可移動(dòng)的機(jī)械部件，維護(hù)工作量少，儀器常數(shù)穩(wěn)定。與孔板流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)測(cè)量范圍大，壓力損失小，精度高，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。

不足之處

①渦街流量計(jì)測(cè)量范圍大，一般為10: 1，但測(cè)量下限受多種因素限制。Re>。10000是渦街流量計(jì)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(qiáng)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(hào)，渦流頻率F小，并且信號(hào)處理困難。測(cè)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(guò)400赫茲)和電路頻率的限制，因此必須在設(shè)計(jì)期間計(jì)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(chǎng)的環(huán)境條件復(fù)雜，在選擇時(shí)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(qiáng)干擾情況下，磁敏儀器、壓電應(yīng)力儀等儀器無(wú)法正常工作或無(wú)法精確測(cè)量。

(2)振動(dòng)也是這種儀器的大敵。因此，應(yīng)注意避免機(jī)械振動(dòng)，尤其是管道的橫向振動(dòng)(垂直于管道軸線和垂直于渦流發(fā)生器軸線的振動(dòng))，這種振動(dòng)在流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無(wú)法抑制和消除。由于渦街信號(hào)對(duì)流場(chǎng)的影響同樣敏感，當(dāng)不能保證穩(wěn)定渦街所需的流動(dòng)條件時(shí)，直接選擇直管段長(zhǎng)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(qiáng)的抗振性，也能保證流體是完全發(fā)展的單向流動(dòng)，這是不可忽視的。

(3)介質(zhì)溫度對(duì)渦街流量計(jì)的性能也有很大影響。例如，壓電應(yīng)力渦街流量計(jì)不能在300℃下長(zhǎng)時(shí)間使用，因?yàn)槠浣^緣阻抗在常溫下會(huì)從10m到100ω迅速下降到1mω到10kΩ，輸出信號(hào)也會(huì)變小，導(dǎo)致測(cè)量特性惡化。因此，應(yīng)選擇磁敏或電容結(jié)構(gòu)。在測(cè)量系統(tǒng)中，傳感器和轉(zhuǎn)換器應(yīng)分開(kāi)安裝，以避免長(zhǎng)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(jì)/氣體流量計(jì)

工作原理

超聲波測(cè)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(chǎng)上常見(jiàn)時(shí)差超聲波流量計(jì)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(shí)差與流體流速成正比。只要測(cè)量超聲波在這兩個(gè)方向上傳播的時(shí)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(lái)獲得流體的流速。

結(jié)構(gòu)

超聲波流量計(jì)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(cè)流體。接收換能器接收超聲波信號(hào)，并通過(guò)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(guò)電子電路將接收到的超聲波信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成與待測(cè)流體的體積流量成比例的電信號(hào)，進(jìn)行顯示和累計(jì)計(jì)算，并將信號(hào)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(cè)點(diǎn)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(jì)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(shí)，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(cè)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(duì)于外夾式超聲波流量計(jì)時(shí)，測(cè)量點(diǎn)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(wú)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(wú)運(yùn)動(dòng)部件；

(2)超聲波流量計(jì)屬于無(wú)阻礙流量計(jì)，無(wú)壓力損失，無(wú)流動(dòng)障礙；

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

5.節(jié)流孔節(jié)流壓差流量計(jì)

工作原理

差壓類型流量計(jì)孔板節(jié)流差壓流量計(jì)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(shí)，流束在節(jié)流元件處形成局部收縮。此時(shí)，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(lái)測(cè)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(jì)。

運(yùn)行要求

管道中的流量應(yīng)該穩(wěn)定。在測(cè)量過(guò)程中，流體流量不應(yīng)隨時(shí)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(jì)

工作原理

氣體根流量計(jì)屬于正位移流量計(jì)，由兩個(gè)8形轉(zhuǎn)子和一個(gè)緊固的流量檢測(cè)室組成。隨著氣體的通過(guò)，儀器入口和出口之間產(chǎn)生的壓差作用在一對(duì)由高精度同步輪連接的腰輪上，從而帶動(dòng)腰輪依次轉(zhuǎn)動(dòng)。在此期間，由腰輪和殼體內(nèi)壁形成的計(jì)量室周期性地膨脹和收縮，腰輪的轉(zhuǎn)數(shù)與通過(guò)流量計(jì)的體積成比例。腰輪的旋轉(zhuǎn)通過(guò)多級(jí)齒輪系減速，然后通過(guò)磁力耦合傳遞到計(jì)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(chǎng)畸變的影響，不需要配置長(zhǎng)直管段。它特別適合安裝在撬裝設(shè)備中。

(3)羅茨流量計(jì)依靠流體能量推動(dòng)測(cè)量元件，造成較高的壓力損失，低壓時(shí)為200 ~ 500千帕。

(4)對(duì)介質(zhì)污染敏感，需要在上游安裝過(guò)濾器。

7.渦流氣體流量計(jì)

工作原理

當(dāng)沿軸向流動(dòng)的流體進(jìn)入流量傳感器的入口時(shí)，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(guò)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(shí)，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(shí)，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(gè)壓電傳感器檢測(cè)到的微弱電荷信號(hào)通過(guò)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(gè)脈沖信號(hào)。同時(shí)，處理電路比較和鑒別兩個(gè)脈沖信號(hào)的相位，去除干擾信號(hào)并計(jì)數(shù)正常流量信號(hào)。

對(duì)流體的要求

適用于介質(zhì)壓力高的場(chǎng)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(duì)初始流量無(wú)特殊要求，無(wú)強(qiáng)烈振動(dòng)，壓力波動(dòng)不大。

安裝要求

儀器受管道中脈動(dòng)流的影響，需要配備一個(gè)長(zhǎng)直管段。一般情況下，建議上游直管段長(zhǎng)度不小于5D，下游直管段長(zhǎng)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(chǎng)合，如居住區(qū)。

8.薄膜氣體流量計(jì)

工作原理

膜式氣體流量計(jì)也屬于容積式計(jì)量機(jī)構(gòu)。

在燃?xì)獗磉M(jìn)出口壓差的作用下，氣體使兩個(gè)計(jì)量室的隔膜通過(guò)滑閥和分配室形成交替進(jìn)排氣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；每個(gè)往復(fù)進(jìn)氣和排氣的容積是一個(gè)額定值，即一個(gè)旋轉(zhuǎn)容積。同時(shí)，連接到隔膜主軸的傳動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)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(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)，從而顯示流出總量氣體。

結(jié)構(gòu)

膜式燃?xì)獗碛赏鈿ぁC(jī)芯、指示裝置和計(jì)量顯示器等幾個(gè)結(jié)構(gòu)元件組成。在計(jì)量元件中，運(yùn)動(dòng)是整個(gè)膜式燃?xì)獗淼暮诵摹Ｒ詸C(jī)械聯(lián)動(dòng)為傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的機(jī)芯可將膜式燃?xì)獗矸譃閮?nèi)部和外部?jī)刹糠?。?lián)動(dòng)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(jì)量室的前后輸出管道，迫使氣體排入膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量檢測(cè)裝置。由此可見(jiàn)，在統(tǒng)一計(jì)量環(huán)境的推動(dòng)下，膜式燃?xì)獗淼穆?lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)量檢測(cè)裝置的應(yīng)用性能將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

使用特征

膜式流量計(jì)具有精度高、量程比可達(dá)160:1的優(yōu)點(diǎn)，主要用于民用和工業(yè)氣體的測(cè)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(duì)測(cè)量精度沒(méi)有影響。

缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，不適合高低溫場(chǎng)所。

結(jié)論

氣體流量計(jì)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(dòng)狀態(tài)(湍流狀態(tài)、速度分布等。)，以及安裝條件和水平。面對(duì)國(guó)內(nèi)外十多種、數(shù)百種流量計(jì)(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(jì)等相繼開(kāi)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(jì)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(guò)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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