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流量计

流量测量简介

是用于测量液体或气体的线性、非线性、质量或体积流量的仪器。选择流量计时,需要考虑具体场所的一些无形因素,比如工厂员工对流量计的熟悉程度、他们在校准和维护方面的经验、备件可用性以及历史故障之间的平均时间等等。另外还建议在完成了上述步骤之后计算安装成本。

最常见的流量测量失误之一就是颠倒了这些步骤的顺序:本应选择可正常使用的传感器产品,但却依据价格来判断其适用性。那些价格"低廉"的产品可能带来昂贵的安装成本。本页将帮助您更好地了解流量计,但如果您有任何特殊流量测量方面的挑战,也可以随时与我们的应用工程师联系。

Flow Meter Design

了解更多有关流量计的信息

流量测量历史

人们对气流和水流测量的兴趣亘古未变。掌握气流方向和速度是每位古代航海家最基本的素养,而在公元前约5,000年乌尔的苏美尔城、基什、底格里斯河和幼发拉底河附近的毛伊岛等地区,水流测量技能对于引水渠水流的公平分配也非常重要。

流量测量简介

流量计选型的基本要点在于,必须清晰了解具体应用需求。因此,应投入时间全面评估过程流体特性和整体安装特点。

流量计选择的第一步

流量计选择的第一步是确定流量信息应该是连续的还是累加的,此信息是本地需要还是远程需要。如果远程需要,信号传输是模拟的、数据的还是共享的? 如果是共享的,所需(最小)数据更新频率是多少? 一旦回答了这些问题,就应着手评估工艺流体的性质和流动特性,以及容纳流量计的管道系统。 为了更系统地进行这项工作,一些表格应运而生,要求为每个应用都要填写以下类型的数据: 点击这里下载流量计评估表

RTD Probe

流体和流动特性

在表中这个部分,流体的名称应该给出,它的压力、温度、允许压降、密度(或比重)、电导率、粘度(是否牛顿)和最大工作温度下的蒸汽压力都要被列出,还应同时说明这些属性如何会发生改变或互动。此外,所有安全或毒性信息也应提供,以及流体构成、气泡存在情况、固体(研磨的还是软的,颗粒大小,纤维)、涂倾向和光传输品质(不透明,半透明或透明) 的详细数据

压力和温度范围

选择流量计时,除正常运行值外,预计的最小和最大压力、温度值也应给出。是否可以反向流动,是否并不总是充满管道,是否会形成段塞流(气体-固体-液体),是否有可能曝气或脉动,是否可能发生突然的温度变化,或在清洗和维护中是否需要特别的预防措施,这些事实也应加以说明。

管道和安装区域

关于管道系统和流量计将被安装的地方,要考虑: 对于管道,其方向(在液体应用中避免向下流动)、大小、材料、时间表、法兰压力等级、 可达性、上游或下游的转弯、阀门、调节器和可用的直管长度。 指定工程师必须知道该地区是否可能存在振动或磁场,是否能提供电动或气动能源,该地区是否属于爆炸危险区,或是否有其它特殊要求,如符合卫生或就地清洗(CIP)的规定。

选择流量计时要提出的关键问题


1. 流量计所要测量的流体是什么?

2. 需要测量率和/或流量总量吗?

3. 如果液体不是水,该液体的粘度是什么?

4. 是否需要本地显示或电子信号输出?

5. 最小和最大流量是多少?

6. 最小和最大过程压力是多少?

7. 最低和最高的过程温度是多少?

8. 流体与流量计接液部件是否化学兼容?

9. 如果这是一个过程应用,管道大小是多少?

流量和精度

下一步是通过识别将被测量的最小和最大流量(质量或体积)来确定所需仪表范围。然后确定所需的流量测量精度。通常,精度以实际读数(AR)的百分比、标准量程(CS)的百分比或满量程(FS)的百分比表示。精度要求应按最小、正常、最大流量分别指出。除非你知道这些要求,否则,在整个量程内,流量计的性能可能不会被接受。

在根据仪表读数来销售或购买产品的应用中,绝对精度至关重要。在其它应用中,可重复性也许比绝对精度更为重要。因此,建议分别建立每个应用的精度和可重复性的要求,在规格中都做说明。

当流量计的精度以% CS或% FS 单位表示,其绝对误差将随实测流量下降而上升。如果表误差以% AR表示,不论是高流量或低流量,绝对误差保持不变。因为满量程(FS)总是比标定量程(CS)大,所以以%FS表示性能的传感器总是比相同%CS规格的传感器有更大的误差。因此,为了公平地比较所有的选择,最好把所有误差单位都换算成等同的%AR单位。

在精心准备的流量计规格中,所有的精度都转换成统一的%AR单位,而这些%AR精度要求需根据最小、正常和最大流量分别指定。所有流量计规格和报价都应明确阐明在最小、正常和最大流量时该流量计的精度和可重复性。

精度与重复性

如果两个流量计类别同时提供可接受的计量性能,而其中一个没有移动部件,则选择没有移动部件的那一个。移动部件是问题的潜在来源,不仅因为明显的磨损、润滑和涂层敏感性等原因,也因为移动部件需要间隙,有时会在被测流体中产生滑动。即使是维护良好并校准的流量计,这种不可测的流量都会随流体粘度和温度的变化而变化。温度变化还会改变仪表内部尺寸,从而需要补偿。

此外,如果能从一个完整流量计和一个点传感器获得相同的性能,一般建议使用流量计。因为点传感器不关注全流量,它们只有在插入流速是整个管道流速的平均值的深度时才能读数准确。即使这一点在校准时被精心测定,它也不大可能一直保持不变,因为速度分布受流量、粘度、温度和其它因素影响而改变。

质量或体积单位

在选定一个流量计之前,建议先确定是以质量还是以体积单位来显示流量。当测量可压缩材料的流量时,体积流量就没什么意义,除非密度(有时也需要粘度)是不变的。当测量不可压缩液体的流速(体积流量)时,悬浮气泡的存在将导致错误,因此,在流体到达仪表之前必须清除气体。在其它速度传感器中,管道内衬可引发问题(超声波),或者当雷诺数过低时(涡街流量计要求 RD> 20000),仪表可能会停止运作。

鉴于以上因素,应考虑对密度、压力和粘度不敏感而且不受雷诺数变化影响 的质量流量计。此外,在化工行业中应充分利用各种水槽,它们可以测量部分满管流,并可通过大量的漂浮或可沉淀固体颗粒。

选择合适的流量计

转子流量计 转子流量计或变截面流量计
转子流量计是一个锥形管和一个浮子。它是使用最广泛的可变面积流量计,因为其成本低廉、结构简单、低压降、有较宽的量程和线性输出。
弹簧和活塞流量计 弹簧和活塞流量计
活塞式流量计采用由活塞和圆锥体形成的一个环形孔板。活塞被已校弹簧固定在锥形底部(一个无流量的部位)。刻度是基于不同的比重,油表为0.84,水表为1.0。简洁的设计以及便于传输电信号使它们在流量显示和控制中成为转子流量计的经济替代。
气体质量流量计 气体质量流量计
热式质量流量计受密度、压力和流体粘度的轻微影响。这种样式的流量计或采用差压传感器和温度传感器,或采用加热传感元件和热力学热传导原理,来确定真正的质量流量。这种质量流量计很多都有内置显示和模拟输出,以便于记录数据。常见的应用包括泄漏检测和以每分钟毫升计的低流量测量。
超声波流量计 超声波流量计
超声波多普勒流量计常用于脏污应用,例如废水以及其它会对传统传感器造成伤害的肮脏液体和泥浆。操作的基本原则是利用运动中的悬浮颗粒或气泡(不连续)反射的超声波信号的频移(多普勒效应)。
涡轮流量计 涡轮流量计
涡轮流量计的精度可达0.5%R。这是一个非常准确的仪表,可用于清洁液体和100厘斯以下的粘性液体。要求入口处的直管管长至少为管径的10倍。最常见的输出是正弦波或方波信号频率,但也可在其上安装信号调节器来获得模拟输出并起到防爆作用。仪表的多桨叶叶轮安装在自由运动的轴承上,与流体成直角并悬浮在流体中 。
叶轮式流量计 叶轮式流量计
对于水和类水流体,叶轮式流量计是最流行的低造价流量计之一。其中许多都提供管配件或插入样式。象涡轮流量计一样,要求入口处的管长是管径的至少10倍,出口处至少5倍。如果用于水以外的流体,应核实化学兼容性。正弦波和方波脉冲输出是常见类型的输出,但也有整体或面板安装的变送器可供选择。叶轮传感器的转子与流体垂直,只接触有限的流体截面。
正位移流量计 正位移流量计
在水的应用中,在没有直管可用时,水流的动荡对于涡轮和叶轮流量计来说过大,这时可使用容积式流量计。容积式流量计也可用于粘性液体。
涡街流量计涡街流量计 涡街流量计
涡街流量计的主要优点是对工艺条件的变化灵敏度低,以及相对孔板或涡轮流量计来说磨损度低。而且初始和维护成本低。由于这些原因,它们已经获得越来越广泛的用户接受。涡街流量计要求上浆,具体做法请联系我们的流量工程部门。
用于液体和气体的皮托管或差压传感器 用于液体和气体的皮托管或差压传感器
皮托管具有以下优点: 简易、低成本安装、永久压力损失非常低、低维护和良好的耐磨性。皮托管要求上浆,具体做法请联系我们的流量工程部门。
导电性液体的电磁流量计 导电性液体的电磁流量计
有直通式和插入式。电磁流量计没有任何移动部件,是废水或任何导电脏污液体的理想选择。有整体的显示器,或者用于远程监控或数据记录的模拟输出。
用于空气流量测量的风速计 用于空气流量测量的风速计
热线风速计是没有移动部件的探头。气流可以在管道中通过手持或永久固定式仪表测量。还有叶轮风速计。叶轮风速计通常比热线风速计大,但更经济并坚固耐用。带有温度和湿度的测量。

常见问题

质量或体积流量?

打算测量流量?答案似乎是购买一台流量计吧。流体流量是指流经指定位置的液体量,这个定义似乎通俗易懂 — 任何流量计都符合这个定义。描述管道内液体流量的公式如下所示:

Q = A x  v

Q表示流量,A表示管道的截面面积,v是管道内的平均流体速度。例如:液体以1米/秒的平均速度流经截面面积为1平方米的管道时,流量等于1立方米/秒。注:Q表示每单位时间的体积,因此常常将Q表示为“体积”流量。考虑以下公式:

W = rho x Q

W是流量;rho表示流体密度。例如:1千克/立方米密度的液体以1立方米/秒的速度流动时,流量等于1千克/秒。(同样,上述质量单位“千克”可以换成“磅”。此处不再进行详细的讨论—假设质量单位均为“磅”。注:W是每单位时间的质量,因此常常将W表示为“质量”流量。现在 — 希望测量何种流量?不确定?在一些应用中,测量体积流量是必须进行的操作。

考虑加注储罐的情况。可向储罐中添加各种不同密度的液体,因此,体积流量的测量必须避免液体溢出储罐。(而且液位变送器和高液位开关/关闭装置可能不需要流量计。考虑控制液体流入某个过程(每单位时间只接收有限体积的液体)的情况。体积流量测量似乎具有可行性。

在其他过程中,质量流量是非常重要的。考虑反应物质A、B和C之间的化学反应的情况,当然使用分子数而非体积来表示物质的质量。同样,购买和销售产品(运输监护)时,产品质量而非体积也是重要因素。

流量计需要何种程度的维护?

流量计的维修要求和使用寿命都受到多种因素的影响。当然,主要的因素是:根据特定的应用情况,匹配合适的流量计。选择不当的装置总是会在早期造成问题。没有移动部件的流量计通常比具有移动部件的部件耗费更少的精力。但所有流量计最终都需要进行某种程度的维护。
流量计 | 技术参考
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