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差壓式流量計的傳感器或測量元件

2013年12月31日 09:04:25人氣:2118來源:承德正強儀表銷售有限公司

摘 要: 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置存在的主要問題是什么?采用標(biāo)準(zhǔn)孔板測量流量時,液體應(yīng)滿足什么條件?孔板取壓的五種方式,各有什么特點?由標(biāo)準(zhǔn)孔板衍生出來的各種非標(biāo)準(zhǔn)孔板各有什么特點?彎管流量計與孔板流量計在結(jié)構(gòu)和原理上有什么不同?與孔板流量計相比,彎管流量計的優(yōu)缺點是什么? 

1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置存在的主要問題是什么? 

(1)測量準(zhǔn)確度、復(fù)現(xiàn)性在流量儀表中屬于中等,大約為1~2級,由于存在諸多影響因素,難以提高; 

(2)測量范圍窄,由于差壓與流量平方關(guān)系成正比,量程比也很小; 

(3)現(xiàn)場安裝條件高,尤其節(jié)流裝置前直管段難以滿足要求; 

(4)節(jié)流裝置與差壓儀表間需要有引線、閥門連接,容易泄漏、堵塞和凍結(jié),造成測量失靈; 

(5)標(biāo)準(zhǔn)孔板的尖銳度隨運行時間延長不斷磨損變鈍,測量準(zhǔn)確度下降; 

(6)大管段標(biāo)準(zhǔn)孔板(直徑300mm以上)在高溫下運行容易變形,形成凹凸面,影響測量準(zhǔn)確度; 

(7)標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴壓損大。 

2 采用標(biāo)準(zhǔn)孔板測量流量時,液體應(yīng)滿足什么條件? 

(1)液體必須充滿管道,并連續(xù)流過節(jié)流裝置; 
(2)液體必須是單相的、均勻地通過節(jié)流裝置不能發(fā)生相變; 
(3)流體流動狀態(tài)是紊流,即雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù); 
(4)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置不適合測量脈動流和臨界流。 

3 孔板取壓的五種方式,各有什么特點? 

孔板取壓有五種方式:角接取壓法、法蘭取壓法、徑距取壓法、理論取壓法(縮流取壓法)和管接取壓法(損失取壓法),見圖。

 
a-a角接取壓b-b法蘭取壓c-c徑距取壓d-d理論取壓e-e管接取壓 
圖 五種孔板取壓位置

(1)管接取壓法(損失取壓法):是一種古老的取壓方式,是??退固梗‥.O.Hickstein)在1913年發(fā)布的。上游取壓口位置距孔板上游端面2.5D,下游取壓口位置距孔板下游端面8D。在下游取壓點是在流體經(jīng)過孔板后,流體的流束已經(jīng)*充滿管道,所以上、下游形成的差壓比較小,另外在下游的8D之內(nèi)管壁粗糙度直接影響差壓值。此種取壓法除了少數(shù)的天然氣測量流量還保留外,基本不再使用。 

(2)理論取壓法(縮流取壓法):為了克服管接取壓法產(chǎn)生差壓小的缺點,將下游取壓點改為流體經(jīng)過孔板后流束收縮zui小的位置,此處產(chǎn)生的差壓zui大。但是流束收縮zui小的位置是與直徑比(與β)有關(guān)的函數(shù),所以這種取壓法的下游取壓點是不固定的,應(yīng)用起來很不方便,此方法只能作為理論分析用,沒有實際應(yīng)用。 

(3)徑距取壓法:此方法是針對管接取壓法產(chǎn)生差壓小的缺點改進(jìn)而來,將下游取壓點的位置固定。在直徑比β小于0.735時,徑距法與理論法的數(shù)據(jù)很接近。在結(jié)構(gòu)上,沒有復(fù)雜的加工件,現(xiàn)場安裝使用很方便,在歐美國家應(yīng)用廣泛。 

(4)角接取壓法:采用環(huán)室結(jié)構(gòu),利用環(huán)室的均壓作用提高測量精度。環(huán)室的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工費時、費料、成本高,環(huán)室的取壓孔容易堵塞,不易疏通。 

(5)法蘭取壓法:一般都在法蘭上取壓,結(jié)構(gòu)上比角接和環(huán)室要簡單,只是需要的孔板法蘭,不能用普通法蘭代替。

GB/T2624—93把徑距取壓法、角接取壓法和法蘭取壓法作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的取壓方法。 

4 由標(biāo)準(zhǔn)孔板衍生出來的各種非標(biāo)準(zhǔn)孔板各有什么特點? 

為解決特殊情況的測量衍生許多非標(biāo)準(zhǔn)孔板,列出10種,見圖所示,其特點如下。

 
圖 非標(biāo)準(zhǔn)孔板

(1)錐形入口孔板:它相當(dāng)一塊標(biāo)準(zhǔn)孔板倒裝,是為了克服尖銳度的磨損而改進(jìn)的,取壓方式為角接取壓,見圖(a)。 

(2)1/4圓孔板:與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似,只是孔口形狀不同,其外形輪廓由一個與軸線垂直的端面,半徑r為1/4圓構(gòu)成的入口截面及噴嘴出口端面組成,特點同上。取壓方式為角接或法蘭取壓,見圖(b)。 

(3)圓缺孔板:如圖(c)所示,其開孔為圓的一部分,一般在圓的下半缺,該圓的直徑為管道內(nèi)徑的98%,開孔圓弧部分的圓心與管道同心。圓缺孔板可測量臟污流體,取壓方式為法蘭取壓。 

(4)偏心孔板:這種孔板的開孔偏離管道的中心線,不與管道同心,但與管道的同心圓相切,其直徑等于管道直徑的98%,參見圖(d)。它可以測量臟污流體,取壓方式為法蘭取壓。 

(5)楔形孔板:結(jié)構(gòu)形式如圖(e)。開孔位置與圓缺孔板相似,開孔為V形,可以減少壓損,它也可以測量臟污流體,取壓方式還未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。 

(6)內(nèi)藏孔板:這種孔板是將孔板與差壓變送器作成一個裝置,如圖(f)所示,由于取消了引壓管線、二次閥門,就沒有管線泄漏、凝、堵等現(xiàn)象。它主要用于小流量測量,即管徑小于50mm的流量測量,常用在管徑15~40mm、流量范圍1.02×106~48m3/h(液體)、0.00031~1300m3/h(氣體)的測量中。 

(7)線性孔板:孔板管道面積隨流量大小自動變化,形成了測量差壓與流量的線性關(guān)系,也擴(kuò)大了測量范圍。見圖(g)。 

(8)道爾管:結(jié)構(gòu)如圖(h)所示。 

它是由40°入口錐角和15o擴(kuò)散管組成的節(jié)流元件,正負(fù)取壓口分別在錐管前部和喉部。長度是管徑的1.5~2倍,僅為文丘里管的17%,道爾管產(chǎn)生的差壓比文丘里管大,但在高壓下壓損很小。 

(9)羅洛斯管(Lo—Loss):由40°入口段、7°錐管、5°擴(kuò)散管組成的節(jié)流元件。取壓方式為角接取壓,它也是低壓損失的節(jié)流元件。結(jié)構(gòu)形式見圖4(i)。 

(10)環(huán)形孔板:環(huán)形孔板結(jié)構(gòu)如圖4(j)所示。主要有一個固定在與管同心的圓板由三角支架固定,利用中心軸管將孔板上、下游的壓力傳送出去。其優(yōu)點是:既能自由排出管道底部的污物,又能使氣體或蒸汽沿著頂部流過。 

5 彎管流量計與孔板流量計在結(jié)構(gòu)和原理上有什么不同? 

從結(jié)構(gòu)上講,彎管流量計傳感器是以90o彎管為基礎(chǔ),在彎管中心的內(nèi)外側(cè)取出差壓,從而測得流量;孔板流量計節(jié)流裝置是在管道中心安裝一個孔板作為節(jié)流件,在孔板前后取出差壓,測得流量的大小,如圖所示。

 
彎管流量計傳感器

從原理上,流體流經(jīng)彎管時,受到管內(nèi)的約束作用,迫使流體在彎管內(nèi)做近似圓周運動,產(chǎn)生慣性離心力,離心力的大小可以通過彎管內(nèi)外差壓的測量得到,所以彎管流量計是離心式差壓流量計;而孔板流量計是以流體流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ),在流體流經(jīng)孔板時在其前后產(chǎn)生的差壓測得流量的大小。 

彎管流量計的流量方程式為:

式中:u—流體平均流速;α—流量系數(shù); 
R/D—彎管的彎徑比;ρ—密度; 
P1-P2—彎管內(nèi)外差壓(ΔP); x—指數(shù)。 

6 與孔板流量計相比,彎管流量計的優(yōu)缺點是什么? 

彎管流量計的優(yōu)點如下: 

(1)無附加壓力損失 

彎管流量計的傳感器是90°機加工的標(biāo)準(zhǔn)彎管,沒有阻力件,壓損小,有利于節(jié)約能源。 

(2)安裝方便、耐磨損、無須維修、壽命長 

彎管流量計的傳感器直接焊接在工藝管道中,取消了檢測元件所固有的夾緊裝置,既簡單又可靠。彎管一次焊好后不存在泄漏問題,也不需要維護(hù)。長期運行的微小磨損對其傳感器的性能影響甚微,所以長期使用時,測量的準(zhǔn)確度不變。 

(3)適應(yīng)性強 

彎管流量計可以在惡劣的環(huán)境如高溫、高壓、粉塵、振動和潮濕中使用,如果彎管傳感器與配套差壓儀表接口采用不銹鋼、工程塑料等,還可以測量各種腐蝕性介質(zhì)的流量。 

(4)價格低廉 

由于彎管流量計的結(jié)構(gòu)簡單,便于成批生產(chǎn),*其它差壓式流量計或旋渦、超聲波等流量計。 

缺點:測量準(zhǔn)確度低,彎管流量計的測量準(zhǔn)確度一般在2%~5%。 

7 什么是均速管流量計?與孔板流量計相比有哪些異同點? 

均速管是一種通過差壓測量流量的傳感器,均速管流量計是在皮托管測速原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的流量計。 

相同點:均速管流量計與孔板流量計的測量原理都是以伯努利方程和連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的,盡管產(chǎn)生差壓的結(jié)構(gòu)不同,但是流量公式是一樣的。 

不同點:在結(jié)構(gòu)上兩者截然不同。均速管傳感器由檢測桿、取壓口和導(dǎo)壓管組成,它安裝在管道內(nèi)部與管道垂直。檢測桿上迎著流體部分一般設(shè)有4個取壓孔,特殊的有5~9個孔,測量出總壓(動壓和靜壓)取其平均值;檢測桿背向流體部分的中部有1個取壓孔,測量出靜壓,前后分別有導(dǎo)壓管將壓力引出。通過所測的總壓與靜壓的差值,可以測得流體流量。傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。

 
均速管流量計傳感器

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