流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。
一工业生产过程
流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一,它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域,是发展工农业生产,节约能源,改进产品质量,提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中,流量仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。
二能源计量
能源分为一次能源(煤炭原油、煤层气石油气和)、二次能源(电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽)及载能工质302283.htmtarget=_blank>、氧、氮、氢、水)等。能源计量是科学管理能源,实现节能降耗,提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分,水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计,它们是能源管理和经济核算*的工具。流量计的应用领域
三环境保护工程
烟气,废液、污水等的排放严重污染大气和水资源,严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策,环境保护将是21世纪的zui大课题。空气和水的污染要得到控制,必须加强管理,而管理的基础是污染量的定量控制。
我国是以煤为主要能源的国家,全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是*污染的重要项目,每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计,组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难,它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则,气体组分变化不定,流速范围大,脏污,灰尘,腐蚀,高温,无直管段等。
四交通运输
有五种方式:铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之,但应用并不普遍。随着环保问题的突出,管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计,它是控制、分配和调度的眼睛,亦是安全监没和经济核算的*工具。
五生物技术
21世纪将迎来生命科学的世纪,以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多,如血液,尿液等。仪表开发的难度极大,品种繁多。
六科学实验
科学实验需要的流量计不但数量多,且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的,它们并不批量生产,在市面出售,许多科研机构和大企业皆设专门小组研制的流量计。
量计算公式
为了满足各种测量的需要,几百年来人们根据不同的测量原理,研究开发制造出了数十种不同类型的气体流量计算公式。
大致分为容积式、速度式、差压式、面积式、质量式等。各种类型的流量计量原理、结构不同既有独到之处又存在局限性。为达到较好的测量效果。
需要针对不同的测量领域,不同的测量介质、不同的工作范围。
选择不同种类、不同型号的流量计。工业气体流量计量中常用的几种
(1)差压式流量计
差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据,根据节流原理。
当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等)。
在其前后产生压差,此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中,因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究zui充分、已标准化而得到zui广泛的应用。孔板流量计理论流量计算公式为:
式中,qf为工况下的体积流量。
m3/s;c为流出系数,无量钢;β=d/d,无量钢;d为工况下孔板内径,mm;d为工况下上游管道内径。
mm;ε为可膨胀系数,无量钢;δp为孔板前后的差压值,pa;ρ1为工况下流体的密度,kg/m3。
对于天然气而言,在标准状态下天然气积流量的实用计算公式为:
式中,qn为标准状态下天然气体积流量。
m3/s;as为秒计量系数,视采用计量单位而定,此式as=3.1794×10-6;c为流出系数;e为渐近速度系数;d为工况下孔板内径,mm;fg为相对密度系数。
ε为可膨胀系数;fz为超压缩因子;ft为流动湿度系数;p1为孔板上游侧取压孔气流静压。
mpa;δp为气流流经孔板时产生的差压,pa。
差压式流量计一般由节流装置(节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路)和差压计组成,对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)流量计算机,组分不稳定时还需要配置在线密度计(或色谱仪)等。
(2)速度式流量计
速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有:
①涡轮流量计:当流体流经涡轮流量传感器时。
在流体推力作用下涡轮受力旋转。
其转速与管道平均流速成正比,涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值,检测线圈中的磁通随之发生周期性变化,产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量(雷诺数)范围内。
该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。涡轮流量计的理论流量方程为:
式中n为涡轮转速;qv为体积流量;a为流体物性(密度、粘度等)。
涡轮结构参数(涡轮倾角、涡轮直径、流道截面积等)有关的参数;b为与涡轮顶隙、流体流速分布有关的系数;c为与摩擦力矩有关的系数。
②涡街流量计:在流体中安放非流线型旋涡发生体,流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流量方程为:
式中。
qf为工况下的体积流量。
m3/s;d为表体通径,mm;m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面积之比;d为旋涡发生体迎流面宽度,mm;f为旋涡的发生频率,hz;sr为斯特劳哈尔数,无量纲。
③旋进涡轮流量计:当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器后,流体被强迫围绕中心线强烈地旋转形成旋涡轮,通过扩大管时旋涡中心沿一锥形螺旋形进动。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡流的进动频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积流量成正比。旋进旋涡流量计的理论流量方程为:
式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;f为旋涡频率,hz;k为流量计仪表系数,p/m3(p为脉冲数)。
④时差式超声波流量计:当超声波穿过流动的流体时。
在同一传播距离内,其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度则不同。在较宽的流量(雷诺数)范围内,该时差与被测流体在管道中的体积流量(平均流速)成正比。超声波流量计的流量方程式为:
式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;v为流体通过*皿1、2之间传播途径上的声道长度,m;l为超声波在换能器1、2之间传播途径上的声道长度,m;x为传播途径上的轴向分量,m;t1为超声波顺流传播的时间,s;t2为超声波逆流传播的时间,s。
速度式气体流量计一般由流量传感器和显示仪组成,对温度和压力变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)、流量积算仪(温压补偿)或流量计算机(温压及压缩因子补偿);对准确度要求更高的场合(如贸易天然气),则另配置在线色谱仪连续分析混合气体的组分或物性值计算压缩因子、密度、发热量等。
(3)容积式流量计
在容积式流量计的内部,有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体,如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动,不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据一定时间内旋转体转动的次数,即可求出流体流过的体积量。容积式流量计的理论流量计算公式:
式中,qf为工况下的体积流量,m3/s;n为旋转体的流速。
周/s;v为旋转体每转一周所排流体的体积。
m3/周。
气体流量计算公式在标准状态下。
容积式流量计的体积流量计算公式与速度流量计相同。气体流量计属机械式仪表,一般由测量体和积算器组成,对温度和压力变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)、流量积算仪(温压补偿)或流量计算机(温压及压缩因子补偿)。
