各类流量计原理和选择方法

[ 时间：2015-03-16 点击：1718 ]

　　1涡轮变送器的工作原理
　　涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。
　　被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的转速随流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。
　　涡轮变送器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动，并冲击涡轮叶片时，便有与流量qv、流速V和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上，推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。
　　涡轮变送器输出的脉冲信号，经前置于放大器放大后，送入显示仪表，就可以实现流量的测量。
　　2涡轮流量计的选型
　　（1）流量计本体**好选区用316不锈钢材料以防腐，如是防爆区还必须是防爆结果。
　　（2）轴承一般有炭化钨，聚四氟乙烯，碳石墨三种规格：碳化钨的精度**高，它作为工业控制的标准件；聚四氟乙烯，碳石墨能防腐，一般在化工场所优先考虑。轴承的寿命流速的平方成正反比，故流速**好的在**大流速的1/3速度比较好。
　　（3）感应探头是检测转动体的运动并把它转化为脉冲数字电信号，它电磁线圈电压输出值接近正弦曲线，脉冲信号的频率范围随测量的流量大小成线性变化，典型的范围为10:1，25:1和100:1三种规格。电磁线圈的电阻一般小于2000Ω，大于该值可能损坏。
　　3涡轮流量计的安装
　　（1）变送器的电源线采用金属屏蔽线，接地要良好可靠。电源为直流24V，650Ω阻抗。
　　（2）变送器应水平安装，避免垂直安装，并保证其前后有适应的直管段，一般前10D，后5D。
　　（3）保证流体的流动方向与仪表外壳的箭头方向一致，不得装反。
　　（4）被测介质对涡轮不能有腐蚀，特别是轴承处，否则应采取措施。
　　（5）注意对磁感应部分不能碰撞。
　　4涡轮流量计的组态与校正
　　标准的标定方法是十点水标定法，但黏度不同标定的值不同，故通常要做黏度标定曲线。
　　5涡轮流量计的显示仪表
　　显示仪表的任务是将单位时间输出脉冲数和输出脉冲总数转换成瞬流量和总流量，并显示出来。
　　由前放大器输出的脉冲信号，其幅值、波形都是不规则的，在进入显示仪表后，先需经整形电路整形成为有规则的具有一定幅值的矩形电脉冲信号民，再经过频率/电流转换电路，将频率信号变为相应的电流信号（4～20mA）再转换能瞬时流量值，总量由转换及积算电路得到。有的显示仪表就地显示，有的送DCS显示。
　　6注意事项
　　（1）安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则涡轮、轴承易被卡住，测不出流量来。
　　（2）拆装流量计时，对磁感应部分不能碰撞。
　　（3）投运前**行仪表系数的设定。仔细检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。
　　（4）安装涡轮流量计时，前后管道法兰要水平，否则管道应力对流量计影响很大。
　　7发展前景
　　随着科学的不断发展，当今涡轮变送器已发展成小型化、高集成度的模块，设计，有强大的功能软件，并设有RS232标准计算机通信接口，对维护检修提供了方便。可与DCS连接通信，DCS替代了显示仪表，如HOFFER流量计在工业临近生产过程中更方便实用。
　　总之，涡轮流量计是一种速度式流量仪表，由于具有测量精度高，反应速度快，测量范围广，价格低廉，安装方便等优点，被广泛应用于化工生产中。
　　差压式流量计-流量测量方法和仪表的选用
　　差压式流量计(以下简称DPF或流量计)是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对DPF分类，如孔扳流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数(如压力、物位、密度等)。
　　容积式流量计-流量测量方法和仪表的选用
　　容积式流量计又称排量流量计（positivedisplacementflowmeter），简称PD流量计或PDF，在流量仪表中是精度**高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。PD流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。定排量测量方法可追溯到18世纪，20世纪30年代进入普遍商业应用。
　　转子流量计
　　浮子流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上**常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。
　　电磁流量计-流量测量方法和仪表的选用
　　电磁流量计基于法拉第电磁感应原理研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表，根据法拉第电磁感应定律，导电体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电压，该电动势的大小与导体在磁场中做垂直于磁场运动的速度成正比，由此再根据管径，介质的不同，转换成流量。
　　电磁流量计与选型原则：1）、被测量液体必须是导电的液体或浆液；2）、口径与量程，**好是正常量程超过满量程的一半，流速在2-4米之间；3）、使用压力必须小于流量计耐压；4）、不同温度及腐蚀性介质选用不同内衬材料和电极材料。
　　电磁流量计的测量精度建立在液体充满管道的情形下，管道中有空气的测量问题目前尚未得到很好解决。
　　电磁流量计的优点：无节流部件，因此压力损失小，减少能耗，只与被测流体的平均速度有关，测量范围宽；只需经水标定后即可测量其他介质，无须修正，**适合作为结算用计量设备使用。由于技术及工艺材料的不断改进，稳定性、线性度、精度和寿命的不断提高和管径的不断扩大，对于固液两相的介质的测量采用了可更换电极以及刮刀电极的方式，解决了高压（32MPA）、耐腐蚀（防强酸、碱衬里）介质的测量问题，以及口径的不断扩大（**大作到3200MM口径），寿命的不断增长（一般大于10年），电磁流量计得到越来越广泛的应用，其成本也得到了降低，但整体价格特别是大管径的价格仍较高，因此在流量仪表的采购中有重要的地位。
　　超声波流量计
　　超声波流量计是近代发展起来的一种新型测量流量的仪表，只要能传播声音的流体均可以用超声波流量计测量；超声波流量计可以测量高粘度液体、非导电性液体或气体的流量，其测量流速的原理是：超声波在流体中的传播速度会随被测流体流速而变化。
　　超声波流量计一般不作结算计量仪表使用，对于现场计量点损坏生产不能停机更换，又需要检测参数指导生产的情况也往往用到超声波流量计。超声波流量计**大优势是用于大口径流量测量（管径大于2米），即使有些结算用计量点，经过使用双方认可，选用精度高的超声波流量计，可以节约成本，并减少维护量。
　　超声波流量计的选型及应用
　　摘要超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表，它从80年代开始进入我国工业生产和计量领域，并在90年代得到迅速发展。文章对我佃国内市场上出现了各类超声波流量进行了深入研究分析，结合多年的实际应用经验，系统阐述了超声波流量计的分类方法；从仪表性能、被测介质经济性，实用性等方面总结了选用超声波流量的原则，并对应用中如何选位、安装、维护提出具体建议，为用户合理选择和应用超声波流量计提供了一些可以借鉴的经验和方法。
　　关键词超声流量计；换能器；时差式；安装方式
　　近几年来，随着电子技术、数字技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快，基于不同原理，适用于不同场合的各种型式的超声波流量计得到了广泛应用，同时也对广大用户提出如何认识超声波流量计、怎样选择合适的类型，使用中应注意些什么问题等一系列问题，本文综合国内超声波流量计目前的发展情况及多年应用的实践，对上述问题进行了些探讨。
　　1超声波流量计的分类
　　超声波流量计的各类很多，依照不同的分类方法，可以分为不同类型的超声波流量计。
　　1.1多谱勒式超声波流量计
　　换能器1发射频率为f1的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以f2的频率反射到换能器2，这就是多谱勒将就，f2与f1之差即为多谱勒频差fd。
　　当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后，c、f1、θ即为常数，流体流速和多谱勒频移成正比，通过测量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。
　　1.2时差式超声波流量计
　　时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量的。
　　2区别
　　根据超声波流量计使用场合不同，可以分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计。
　　2.1这两类超声波流量计的主要区别
　　(1)适用的场合不同
　　固定式超声波流量计用于安装在某一固定位置，对某一特定管道内流体的流量进行长期不间断的计量；便携式超声波流量计具有很大的机动性，主要用于对不同管道的流体流量作临时性测量。
　　(2)供电方式不同
　　固定式超声波流量计要求长期连续运行，所以要使用220V交流电源，便携式超声波流量计既可以使用现场的交流电源，也备有内置充电电池，可以连续工作5～10h［小时］，大大方便了不同场合临时性流量测量的需要。
　　(3)部分功能不同
　　因定式超声波流量计，通常都有4-20mA信号输出等功能，供远传显示使用，但其内部只能存贮一条管道的参数；便携式超声波流量计只是为了现场查看当时流量和短时间内的累计流量，故一般无输出信号功能，但为了方便测量不同管道流量，它具有丰富的贮存功能，可以同时存贮数十条不同管道的参数，供随时调出使用。
　　2.2换能器供电方式不同
　　可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。
　　(1)外贴式
　　外贴式超声波流量计是生产**早，用户**熟悉且应用**广泛的超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即贴即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。
　　(2)管段式
　　某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。
　　管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体，解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。而且测量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。
　　(3)插入式
　　插入式超声波流量计介于上述二者中间。在安装上可以不断流，利用专门工具在有水的管道上打孔，把换能器插入管道内，完成安装。由于换能器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和管衬材料限制。
　　3超声波流量计的选型
　　超声波流量计除上述各种类型外，近年来又出现了采用数字化电路的数字式超声波流量计，把换能器和转换器做在一起的一体式超声波流量计，等等。面对众多类型的超声波流量计，用户要根据实际情况和测量需要合理选型。
　　3.1多谱勒式超声波流量计
　　只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂技含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。
　　3.2便携式超声波流量计
　　适用于临时性测量，主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态，进行一个区域内的流体平衡测试，检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既方便又经济。
　　3.3时差式超声波流量计
　　目前生产**多、应用范围**广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量，在自来水公司和工业用水领域，得到广泛应用。此外它也可以测量杂技含量不高(杂质含量小于10g/L，粒径小于1mm)的均匀流体，如污水等介质的流量，而且精度可达±1.5%。实际应用表明，选用时差式超声波流量计，对相应流体的测量都可以达到满意的效果。
　　3.4管道式超声波流量计
　　精度**高，可达到±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，成本也会随增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。
　　3.5固定式超声波流量计
　　如果有足够的安装空间，使用插入式换能器代替外贴式换能器，彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。而且，由于插入式换能器也可以不断流安装，所以其应用正在不断推广。
　　有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计，其特点是采用数字电路处理信号，纠错能力增强，取样及时，精度提高(模拟电路的精度为±1.5%，数字电路可以达到±1.0%)，而且集成度提高，仪表体积大大减小，有多种信号输出模式供选择，在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。
　　超声波流量计的功能选择，用户可以根据实际情况来确定。如果测量双向流体，一定要选择带有正负计量功能的超声波流量计；如果用户需要定期了解流体在一定时段有流量情况，可以选择带打印机的超声波流量计。总之，所选择的超声波流量计的功能既要满足用户需要，也不必贪多求全，造成许多功能闭置不用，而增加购买成本。
　　4超声波流量计的应用
　　超声波流量计在应用中，需要注意以下几个方面的问题：
　　4.1正确选择
　　这是超声波流量计能够正常工作的基础。如果选型不当，或会造成流量无法测量，或者用户使用不做便等后果。具体选型原则，前面已做了详细的介绍。
　　4.2合理安装
　　换能器安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。安装换能器需要考虑位置的确定和方式的选择两个问题。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速嚣、电焊机等污染电源的场合。在安装方式上，主要有对贴安装方式和V方式、Z方式三种。多谱勒式超声波流量计采用对贴式安装方式，时差式超声波流量计采用V方式和Z方式，通常情况下，管径小于300mm时，采用V方式安装，管径大于200mm时，采用Z方式安装。对于即可以用V方式安装又可以方式安装的换能器，尽量选用Z方式。实践表明，Z方式安装的换能器超声波信号强度高，测量的稳定性也好。
　　4.3及时核校
　　对于现场安装固定式超声波流量计数量大、范围广的用户，可以配备一台同类型的便携式超声波流量计，用于核校现场仪表的情况。一是坚持一装一校，即对每一台新装超声波流量计在安装调试时进行核校，确保选位好、安装好、测量准；二是对在线运行的超声波流量计发生流量突变时，要利用便携式超声波流量计进行及时核校，查清流量突变的原因，弄清楚是仪表发生故障还是流量确实发生了变化。
　　4.4定期维护
　　与其他流量仪表相比，超声波流量计的维护量是比较小的。对于外贴换能器超声波流量计，安装以后无水压损失，无潜在漏水，只需定期检查换能器是否松动，与管道之间的粘合剂是否良好即可；插入式超声波流量计，要定期清理探头上沉积的杂质、水垢等有无漏水现象；如果是一体式超声波流量计，要检查流量计与管道之间的法兰链接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响，等待。定期维护可以确保超声波流量计的长期稳定运行。
　　超声波流量计使用中注意事项
　　1、瞬时流量计波动大？
　　A、信号强度波动大；B、本身测量流体波动大；
　　解决方法：调整好探头位置，提高信号强度（保持在3%以上）保证信号强度稳定，如本身流体波动大，则位置不好，重新选点，确保前10D后5D的工况要求。
　　2、外夹式流量计信号低？
　　管径过大，管道结垢严重，或选择安装方式不对。
　　解决方法：对于管径过大、结垢严重，建议采用插入式探头，或选择“Z”型安装方式。
　　3、插入式探头使用一段时间后信号降低？
　　可能探头发生偏移或探头表面水垢厚。
　　解决方法：重新调整探头位置，清冼探头发射面。
　　4、开机无显示
　　检查电源属性是否与仪表的额定值相对应，保险丝是否烧断，如以上问题不荐在，对建议把仪器发回我司由**技术人员检查。
　　5、开机后仪表仅有背光，无任何字符显示
　　此情况一般为程序芯片失，建议把仪器发回我司进行处理。
　　6、仪表在现场强干扰下无法使用？
　　供电电源波动范围较大，周围有变频器或强磁场干扰，接地线不正确。
　　解决方法：给仪表提供稳定的供电电源，仪表安装远离变频器和强磁场干扰，有良好的接地线。
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