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涡街、涡轮、电磁、超声波——流量计的原理探索

2021-07-08 18:31:14 457

​工作中有时会遇到各种管道流量计的选用,在查资料是发现很多的名词:涡街、涡轮、电磁、超声波等等,一脸懵逼,匆匆忙忙选用,不是很了解他们的区别。最近有空,就查了下资料,赶紧记录下来。

涡街流量计

涡街流量计的几门原理是卡门涡街(或译卡曼涡街)现象:当介质以一定的速度流过三角柱型的旋涡发生体时,它的两侧就形成了交替变化的两排旋涡,这种旋涡被称为卡门涡街。斯特劳哈尔在卡门涡街理论的基础上又提出了卡门涡街的频率与流体的流速成正比。

测量这个漩涡的频率就可以间接测量出流速,通过管径就可算出流量。可以在漩涡发声体中(或者在它后面)装入电容探头或压电探头(能测量漩涡频率即可),配合相应的电路,即可检测出流量数据。

涡街流量计的优点有哪些呢?

(1)涡街流量计无可动部件,测量元件结构简单,性能可靠,使用寿命长;

(2)涡街流量计测量范围宽。量程比一般能达到1:10;

(3)涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响,一般不需单独标定。它可以测量液体、气体或蒸汽的流量;

(4)它造成的压力损失小;

(5)准确度较高,重复性为0.5%,且维护量小。

缺点:

(1)抗振性能差,外来会使涡街流量计产生测量误差,甚至不能正常工作。通道流体高流速冲击会使涡街发生体的悬臂产生附加振动,使测量精度降低。大管径影响更为明显;

(2)对测量脏污介质适应性差,涡街流量计的发生体极易被介质脏污或被污物缠绕,改变几何体尺寸,对测量精度造成极大影响;

(3)直管段要求高,专家指出,涡街流量计直管段一定要保证前40D后20D,才能满足测量要求;

(4)耐温性能差,涡街流量计一般只能测量300℃以下介质的流体流量;

(5)低流速测量精度差。

涡轮流量计

涡轮流量计,也叫叶轮式流量计,是采用涡轮进行测量的流量计。在管道中心安放一个涡轮,两端由轴承支撑。当流体通过管道时冲击涡轮叶片,对涡轮产生驱动力矩,使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内,对一定的流体介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时,就会引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器,对信号进行放整形,产生与流速成正比的脉冲信号,送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值。

优点:

(1)高精确度,一般可达±1%R、±0.5%R;

(2)输出脉冲频率信号,无零点漂移,抗干扰能力强;

(3)适用高压测量,仪表表体上不必开孔,易制成高压型仪表;

(4)仪表表体上不必开孔,易制成高压型仪表。

缺点:

(1)流体物性(密度、黏度)对流量特性有较大影响;

(2)仪表受来流流速分布畸变和旋转流等影响较大,传感器上下游所需直管段较长;

(3)对被测介质清洁度要求较高,限制了其使用领域;

(4)不能长期保持校准特性,需要定期校验,对于无润滑性的液体,液体中含有悬浮物或磨蚀性液体,造成轴承磨损及卡住问题较突出,限制了使用范围。

电磁流量计

电磁流量计利用法拉第感应定律来检测流量。根据法拉第感应定律,在磁场内移动导电液体会产生管内径,磁场强度和平均流速都成比例的电动势(电压)。换句话说,在磁场中移动的液体的流速被转换成电力。

优点:

(1)不受流体密度、粘度、温度、压力等参数的影响;

(2)能够检测包含污染物(固体、气泡)的液体;

(3)没有压力损失;

(4)没有可动部件,可靠性高;

缺点:

(1)无法检测不导电的气体与液体,测量介质必须有一定的电导率;

(2)无法测量气体、蒸气等介质;

(3)测量电极长时间工作,可能会出现结垢情况,需清洁后才可测量;

(4)由于传感器结构原理的限制,大口径产品成本很高;

(5)功耗高,不适合太阳能供电。

超声波流量计

超声波流量计采用时间差法来测水的流速,用流速乘上截面积就是流量。 它的基本原理是: 当超声波束在液体中传播,流体的流动将使传播时间产生微小变化,并且其传播时间的变化,正比于液体的流速。

简单而言就是上游和下游各装一个传感器探头,可以发射超声波,上游发射一个超声波,下游的接收,产生个传输时间;同时下游那个传感器也发射个超声波信号,上游的那个接收,又产生一个时间,这两个时间长短是不同的,他们的时间差和水的流速是成一个函数关系的。

超声波流量计有外夹式、插入式、管段式三种。

优点:

(1)无需接触介质,可做非接触式测量;

(2)被测管道内无阻挠元器件,为无流动阻挠测量,无压力损失;

(3)具有能够从管路外面进行检测的类型(外夹式)。

缺点:

(1)温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体;

(2)易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度;

(3)直管段要求严格,为前20D,后5D。

​不同原理的流量计应用的场景还是不同的,实际选择时,主要从一下几个方面进行实际考虑:1)流量计的性能要求;2)流体特性;3)安装要求;4)环境条件;5)流量计价格等方面,选择合适自己的流量计。

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