工業(yè)計(jì)量中常用的幾種氣體流量計(jì)

• 發(fā)布時(shí)間：2017-10-21

簡(jiǎn)述常用的幾種測(cè)量方法

為了滿足各種測(cè)量的需要，幾百年來人們根據(jù)不同的測(cè)量原理，研究開發(fā)制造出了數(shù)十種不同類型的流量計(jì)，大致分為容積式、速度式、差壓式、面積式、質(zhì)量式等。各種類型的流量計(jì)量原理、結(jié)構(gòu)不同既有獨(dú)到之處又存在局限性。為達(dá)到較好的測(cè)量效果，需要針對(duì)不同的測(cè)量領(lǐng)域，不同的測(cè)量介質(zhì)、不同的工作范圍，選擇不同種類、不同型號(hào)的流量計(jì)。工業(yè)計(jì)量中常用的幾種氣體流量計(jì)有：

(1)差壓式流量計(jì)

差壓式流量計(jì)是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)(如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等)，在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計(jì)中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、研究充分、已標(biāo)準(zhǔn)化而得到廣泛的應(yīng)用?？装辶髁坑?jì)理論流量計(jì)算公式為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s;c為流出系數(shù)，無量鋼;β=d/D，無量鋼;d為工況下孔板內(nèi)徑，mm;D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm;ε為可膨脹系數(shù)，無量鋼;Δp為孔板前后的差壓值，Pa;ρ1為工況下流體的密度，kg/m3。

對(duì)于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣積流量的實(shí)用計(jì)算公式為：

式中，qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s;As為秒計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，此式As=3.1794×10-6;c為流出系數(shù);E為漸近速度系數(shù);d為工況下孔板內(nèi)徑，mm;FG為相對(duì)密度系數(shù)，ε為可膨脹系數(shù);FZ為超壓縮因子;FT為流動(dòng)濕度系數(shù);p1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓，MPa;Δp為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa。

差壓式流量計(jì)一般由節(jié)流裝置(節(jié)流件、測(cè)量管、直管段、流動(dòng)調(diào)整器、取壓管路)和差壓計(jì)組成，對(duì)工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場(chǎng)合則需配置壓力計(jì)(傳感器或變送器)、溫度計(jì)(傳感器或變送器)流量計(jì)算機(jī)，組分不穩(wěn)定時(shí)還需要配置在線密度計(jì)(或色譜儀)等。

(2)速度式流量計(jì)

速度式流量計(jì)是以直接測(cè)量封閉管道中滿管流動(dòng)速度為原理的一類流量計(jì)。工業(yè)應(yīng)用中主要有：

①渦輪流量計(jì)：當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時(shí)，在流體推力作用下渦輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測(cè)線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的電脈沖信號(hào)。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi)，該電脈沖信號(hào)與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦輪流量計(jì)的理論流量方程為：

式中n為渦輪轉(zhuǎn)速;qv為體積流量;A為流體物性(密度、粘度等)，渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)(渦輪傾角、渦輪直徑、流道截面積等)有關(guān)的參數(shù);B為與渦輪頂隙、流體流速分布有關(guān)的系數(shù);C為與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。

②渦街流量計(jì)：在流體中安放非流線型旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi)，旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦街流量計(jì)的理論流量方程為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s;D為表體通徑，mm;M為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面積之比;d為旋渦發(fā)生體迎流面寬度，mm;f為旋渦的發(fā)生頻率，Hz;Sr為斯特勞哈爾數(shù)，無量綱。

③旋進(jìn)渦輪流量計(jì)：當(dāng)流體通過螺旋形導(dǎo)流葉片組成的起旋器后，流體被強(qiáng)迫圍繞中心線強(qiáng)烈地旋轉(zhuǎn)形成旋渦輪，通過擴(kuò)大管時(shí)旋渦中心沿一錐形螺旋形進(jìn)動(dòng)。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi)，旋渦流的進(jìn)動(dòng)頻率與流經(jīng)旋進(jìn)渦流量傳感器處流體的體積流量成正比。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的理論流量方程為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s;f為旋渦頻率，Hz;K為流量計(jì)儀表系數(shù)，P/m3(p為脈沖數(shù))。氣體流量計(jì)發(fā)展方向

氣體流量計(jì)發(fā)展方向

④時(shí)差式超聲波流量計(jì)：當(dāng)超聲波穿過流動(dòng)的流體時(shí)，在同一傳播距離內(nèi)，其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度則不同。在較寬的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi)，該時(shí)差與被測(cè)流體在管道中的體積流量(平均流速)成正比。超聲波流量計(jì)的流量方程式為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s;V為流體通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長(zhǎng)度，m;L為超聲波在換能器1、2之間傳播途徑上的聲道長(zhǎng)度，m;X為傳播途徑上的軸向分量，m;t1為超聲波順流傳播的時(shí)間，s;t2為超聲波逆流傳播的時(shí)間，s。

速度式氣體流量計(jì)一般由流量傳感器和顯示儀組成，對(duì)溫度和壓力變化的場(chǎng)合則需配置壓力計(jì)(傳感器或變送器)、溫度計(jì)(傳感器或變送器)、流量積算儀(溫壓補(bǔ)償)或流量計(jì)算機(jī)(溫壓及壓縮因子補(bǔ)償);對(duì)準(zhǔn)確度要求更高的場(chǎng)合(如貿(mào)易天然氣)，則另配置在線色譜儀連續(xù)分析混合氣體的組分或物性值計(jì)算壓縮因子、密度、發(fā)熱量等。氣體流量計(jì)發(fā)展方向

(3)容積式流量計(jì)

在容積式流量計(jì)的內(nèi)部，有一構(gòu)成固定的大空間和一組將該空間分割成若干個(gè)已知容積的小空間的旋轉(zhuǎn)體，如腰輪、皮膜、轉(zhuǎn)筒、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺桿等。旋轉(zhuǎn)體在流體壓差的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，即可求出流體流過的體積量。容積式流量計(jì)的理論流量計(jì)算公式：

qf=n*V

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s;n為旋轉(zhuǎn)體的流速，周/s;V為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周所排流體的體積，m3/周。氣體流量計(jì)發(fā)展方向

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，容積式流量計(jì)的體積流量計(jì)算公式與速度流量計(jì)相同。氣體容積式流量計(jì)屬機(jī)械式儀表，一般由測(cè)量體和積算器組成，對(duì)溫度和壓力變化的場(chǎng)合則需配置壓力計(jì)(傳感器或變送器)、溫度計(jì)(傳感器或變送器)、流量積算儀(溫壓補(bǔ)償)或流量計(jì)算機(jī)(溫壓及壓縮因子補(bǔ)償)。