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均速管流量計的現(xiàn)狀與發(fā)展 流量計技術(shù)指標(biāo)

時間:2020-07-29    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
摘 要:針對均速管流量計的總壓及背壓檢測孔的數(shù)量和位置,檢測桿的剖面形狀等問題進(jìn)行了討論。詳細(xì)介紹了均速管的幾種結(jié)構(gòu)形式,給出了使用流量測量的計算公式,分析了各種因素對測量精度的影響,最后對該產(chǎn)品的發(fā)展提出了一個構(gòu)想。
關(guān)鍵詞:流量測量;均速管;影響因素;應(yīng)用

均速管流量計的測量元件——均速管(國外稱Annubar,直譯阿牛巴),是基于早期皮托管測速原理發(fā)展起來的,是60年代后期開發(fā)的一種新型差壓流量測量元件,并開始應(yīng)用與我國的工業(yè)現(xiàn)場,70年代中期已有30余家廠家進(jìn)行了研制生產(chǎn)。均速管的優(yōu)點是;結(jié)構(gòu)上較為簡單(如圖1所示),壓力損失小,安裝、拆卸方便,維護(hù)量小。

該流量計由于生產(chǎn)成本低,價格低廉,因此在市場較為暢銷,在眾多的流量儀表中占有了一席之地。特別是由于其壓力損失?。ㄅc孔板相比較,僅為孔板的5%以下),大大減少了動力消耗,節(jié)能效果顯著,這在能源緊張的今天,有著其特殊的意義。由于該流量計適應(yīng)范圍寬,長期穩(wěn)定性好(如圖2所示)近年來有了較大的發(fā)展,出現(xiàn)了幾種結(jié)構(gòu)形式不同的流量計。但因使用不當(dāng),在應(yīng)用中產(chǎn)生了一些問題,使得客觀要求與發(fā)展現(xiàn)狀產(chǎn)生了很大的矛盾,許多人期望其應(yīng)用問題能得到解決,為此人們做了大量的不懈努力,使得均速管流量計這一既古老而又年輕的流量計,在能源、環(huán)保等計量測試中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

1 均速管流量傳感器的測量原理

均速管流量傳感器,由其結(jié)構(gòu)示意圖所知,它是一根沿直徑插入管道中的中空金屬桿,在迎向流體流動方向有成對的測壓孔,一般說來是兩對,但也有一對或多對的,其外形似笛。迎流面的多點測壓孔測量的是總壓,與全壓管相連通,引出平均全壓p1,背流面的中心處一般開有一只孔,與靜壓管相通,引出靜壓p2。均速管是利用測量流體的全壓與靜壓之差來測量流速的。均速管的輸出差壓(△p)和流體平均速度(v),可根據(jù)經(jīng)典的伯努利方程得出

(1)

式中; △P——全壓與靜壓之差,Pa
ρ——流體密度,kg/m3
k——校正系數(shù)。

如果用流量來表示,其流量計算基本公式為

式中 qv ——流體的體積流量,m3/s;
qm——流體的質(zhì)量流量,kg/s;
α ——工作狀態(tài)下均速管的流量系數(shù);
ε——工作狀態(tài)下流體流過檢測桿時的流束膨脹系數(shù);
A——工作狀態(tài)下管道內(nèi)截面面積,m2
對于不同壓縮性流體:ε=1; 對于可壓縮性流體:ε<1

全壓孔的位置,可按等分面積法求取。這樣,在流量變化的情況下均速管能有較好的適應(yīng)能力,所反映的誤差較小。所謂等分面積法,就是將管道截面分割成內(nèi)圓和外環(huán)的等效平均流速點,這些點就是全壓孔的位置,如圖3所示。

全壓孔的開孔位置可用切比雪夫數(shù)值積分的解法求得,如圖4所示,圖中r1=±0.4597R,r2=±0.8881R,r1,r2為取壓孔中心距管道中心的距離,R為管道內(nèi)半徑。

對于這種選點方法,無論是數(shù)目還是位置,近年來學(xué)術(shù)界及國際標(biāo)準(zhǔn)化組織均提出了異議,認(rèn)為管內(nèi)的流動應(yīng)分為三個區(qū)域,選點按對數(shù)——切比雪夫(Log-Jchebycheff)法進(jìn)行,因此,總壓檢測孔的位置應(yīng)為;r1=±0.03754R;r2=±0.7252R;r3=±0.9358R。這種方法已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)封閉管道中的流量測量委員會(TC30)所確認(rèn),鑒于上述原因,通過人們的試驗研究,均速管的總壓孔數(shù)目還是建議采用二對或三對為宜。

背壓檢測孔長期以來采用一個,是由于人們已經(jīng)認(rèn)識到均速管按規(guī)范是處于位勢流中,而位勢流的前題是管道橫截面上各點靜壓均相等,沒有橫向流動。從這個角度來看,一個背壓檢測孔已足夠,為了防止流體的流量在檢測過程中阻塞背壓檢測孔,多孔的背壓取壓,已開始應(yīng)用在均速管流量傳感器上,總之,由流量的基本公式可知,只要有效地測出均速管的輸出差壓△P,就可測出流體的流量值,這就是均速管流量傳感器的測量原理。

2 均速管的結(jié)構(gòu)形式

均速管的結(jié)構(gòu)是一根中空的金屬桿,其剖面形狀應(yīng)用較多的產(chǎn)品是圓形及菱形,80年代中期也采用過機(jī)翼形截面。

圓形截面的均速管,當(dāng)雷諾數(shù)Re處于105至106之間時,使得流量系數(shù)α不穩(wěn)定,它的穩(wěn)定區(qū)域是在雷諾數(shù)Re<105和Re>106。這主要是由于圓形截面的阻力件,自身存在著“阻力危機(jī)”而引起的。流體流經(jīng)圓管時存在著分離點不同而導(dǎo)致圓管在迎流流體時,在圓管上引起的壓力分布不同,從而引起了流量系數(shù)α的變化。

菱形截面的均速管,就是為了克服圓形截面這一流量系數(shù)不穩(wěn)定區(qū)而設(shè)計的。菱形截面無論雷諾數(shù)的數(shù)值Re是多少,其分離點都是確 定不變的,從而較好地解決了均速管流量傳感器在檢測氣體、蒸汽流量時不穩(wěn)定區(qū)的困難。均速管截面采用菱形,已經(jīng)被人們所共認(rèn)。

機(jī)翼形截面是為了進(jìn)一步減少流體通過檢測桿時迎流阻力,從而減小壓力損失。其實,就均速管而言,不論采用圓形還是菱形橫截面,其不可恢復(fù)的壓力損失,都是微不足道的,僅占輸出差壓的2%左右,但在實際應(yīng)用過程中,均速管的輸出差壓△P較低是它的一大弱點,當(dāng)采用機(jī)翼形橫截面時確實可以減小一些阻力,但是其輸出差壓更小,和圓形截面或菱形截面相比差壓減少了50%,由于差壓的過低,工作起來必須采用配套的較為昂貴的微差壓變送器,在這種情況下工作,使得檢測不穩(wěn)定,從而影響了它的推廣應(yīng)用。

3 均速管的流量計的系統(tǒng)組成

如式(2)和式(3)所示。均速管流量計系統(tǒng)的組成實質(zhì)是對差壓△P的測量,這是所有差壓式流量計的共性,技術(shù)是通用的,即采用差壓變送器把△P轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械信號或電信號,也可直接測量△p并進(jìn)行相應(yīng)處理,本文不再詳述。

4 應(yīng)用過程中對測量精度有影響的因素

均速管流量計在應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題,請參閱國家計量檢定規(guī)程JJG640-94差壓式流量計檢定規(guī)程及相關(guān)文獻(xiàn),本文不再詳述。

5 結(jié)束語

應(yīng)該指出,均速管流量計從設(shè)計、制造到安裝使用,都要求十分嚴(yán)格,只要其中一個環(huán)節(jié)稍加不慎,就可造成很大誤差。

準(zhǔn)確測量流量是任何生產(chǎn)部門都需要的,也是任何部門普遍關(guān)心的問題。均速管流量計要想在今后的計測應(yīng)用中發(fā)揮自己的作用,提高流量測量的水平是有路可走的。熱式均速管流量計就是其中的一個途徑,如圖5所示。

熱式均速管流量計由三部分組成,檢測桿、電子線路和流量的顯示與積算。檢測桿是一根中空的金屬管,并在其上配置了若干熱絲感測元件。電子線路相應(yīng)地和每一只熱絲感測元件組合,相當(dāng)于一臺熱絲測速計。

熱式均速管流量計的流量計算式為

(5)

式中; A——管道橫截面面積,m2
n——管道截面的等分?jǐn)?shù);
ρi——第i個特征點處的密度,kg/m3;
υi——第i個特征點處的流速,m/s;
質(zhì)量流速(pυ)的計算式為

(6)

式中:I為加熱電流;R為熱絲電阻;T為熱絲感測元件溫度;T0為氣體溫度;ρ為被測介質(zhì)密度;υ為流體流速:α1,α2 ,m為經(jīng)驗常數(shù)。

參考文獻(xiàn)
1 李良貿(mào)等,常用測量儀表實用指南,北京;中國計量出版社,1988
2 毛新業(yè),均速管流量計的應(yīng)用與發(fā)展,自動化儀表。1986.17(1)
電磁流量計常見的防護(hù)措施

  電磁流量計經(jīng)常需要在易燃、易爆、腐蝕、高溫、低溫、振動、潮濕等條件下工作。為此,用戶必須采取一定的措施,保證儀表進(jìn)行正??煽康墓ぷ鳌3R姷姆雷o(hù)措施有以下幾點,歸納如下:  1、防爆措施。  在易燃易爆的地方要選用防爆型儀表及其附屬裝置(如選用電動III型儀表、油浸式切換開關(guān)、隔爆型接線端子等)?! ?i>2、防腐措施。  在制造儀表時,與腐蝕介質(zhì)相接觸的部件應(yīng)采用耐腐蝕材料,并在介質(zhì)與儀表連接導(dǎo)管上安置隔離雄,內(nèi)裝中性隔離液。此外,導(dǎo)壓管、、穿線導(dǎo)管在腐蝕的環(huán)境中還要定期刷油?! ?i>3、防高溫措施。  在制造儀表時應(yīng)考慮選用散熱型元件和部件,安裝時還可以裝設(shè)專門的隔熱裝置,加強通風(fēng)?! ?i>4、防凍措施。  室外的儀表可單獨設(shè)置儀表箱,箱內(nèi)用蒸汽伴熱或用電熱管伴熱,有些一次元件(如熱電偶熱電阻及取壓裝置)和導(dǎo)壓管也要進(jìn)行保溫或蒸汽伴熱。  5、防振措施。  裝于易振位置的儀表通常采用橡皮軟墊和彈簧來吸收振動。對于被測介質(zhì)的沖擊可在取壓點和測量儀表之間裝設(shè)緩沖器或阻尼閥,以克服脈沖壓力對儀表的影響?!?i> 6、防潮措施。  為了防潮常在儀表和儀表箱內(nèi)放入干燥劑。常用的干燥劑是硅膠或氯化鈣。

標(biāo)簽: 電磁流量計
電磁流量計 電磁流量計常見的防護(hù)措施_電磁流量計

渦輪流量計擁有準(zhǔn)確度高,重復(fù)性好,范圍度寬,結(jié)構(gòu)緊湊輕巧,安裝維護(hù)方便,流通能力大,適用于高壓測量,儀表表體不必開孔等一些優(yōu)點,可以實現(xiàn)定量控制、超量報警等功能,是流量計量和節(jié)能的理想儀表。但在渦輪流量計的安裝上也需要注意一些要求與方法。
在安裝焊接上,先配一對標(biāo)準(zhǔn)法蘭焊在前后管道上,不要帶流量計直接焊接。安裝前應(yīng)清除管道中焊渣等雜質(zhì),要用等徑的管道(或旁通管)代替流量計進(jìn)行吹掃管道。以確保在使用過程中流量計不受損壞。 安裝流量計時,法蘭間的密封墊片不能凹入管道內(nèi)。
渦輪流量計要可靠接地,不能與強電系統(tǒng)地線共用。 對于防爆型產(chǎn)品,為了儀表安全正常使用,防爆型流量計的使用環(huán)境是否與用戶防爆要求規(guī)定相符,且安裝使用過程中,應(yīng)嚴(yán)格遵守國家防爆型產(chǎn)品使用要求,用戶不得自行更改防爆系統(tǒng)的連接方式,不得隨意打開儀表。選型在規(guī)定的流量范圍內(nèi),防止超速運行,以保證獲得理想準(zhǔn)確度和保證正常使用壽命。
渦輪流量計安裝前應(yīng)清理管道內(nèi)雜物:碎片、焊渣、石塊、粉塵等。建議在上游安裝5微米篩孔的過濾器用于阻擋液滴和沙粒。 流量計投運時應(yīng)緩慢地先開啟前閥門,后開啟后閥門,防止瞬間氣流沖擊而損害渦輪。 加潤滑油應(yīng)按告示牌操作,加油的次數(shù)依氣質(zhì)潔凈程度而定,通常每年2-3次。由于試壓、吹掃管道或排氣造成渦輪超速運轉(zhuǎn),以及渦輪在反向流中運轉(zhuǎn)都會可能使流量計損壞。 流量計運行時不允許隨意打開前后蓋,變動內(nèi)部有關(guān)參數(shù),否則將影響流量計的正常運行。 小心安裝墊片,確保沒有突出物進(jìn)入管道,以防止干擾正常的流量測量。 流量計在標(biāo)定時要在流量計取壓口上采集壓力。
變送器應(yīng)水平安裝,避免垂直安裝,并保證其前后有適應(yīng)的直管段,一般前10D,后5D。后,被測介質(zhì)對渦輪不能有腐蝕,尤其是軸承處,否則應(yīng)采取措施。
前期安裝準(zhǔn)備工作做的好,必定給日常的使用帶來便利,好的安裝好的使用方法,不容易造成儀表的損傷,這一點是肯定的。



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