1、 流量檢測方法與儀表
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，物料的輸送絕大部分是在管道中進(jìn)行的，因此，這里主要介紹用于管道流動(dòng)的流量檢測方法。由于流量檢測條件的多樣性和復(fù)雜性，流量的檢測方法非常多，是工業(yè)生產(chǎn)過程常見參數(shù)中檢測方法最多的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在全世界流量檢測的方法至少有百多種，其中有十幾種是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中常用的。
按照檢測量的不同，流量檢測方法可以分為體積流量檢測和質(zhì)量流量檢測，按照檢測原理不同，流量檢測方法有可分為速度法、容積法和質(zhì)量法。
速度法是以流量測量管道內(nèi)流體的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量的。基于這種檢測方法的流量檢測儀表有差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等。
容積法是在單位時(shí)間以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行測量，以排出流體固定容積數(shù)來計(jì)算流量。基于這種檢測方法的流量檢測儀表有如橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)和刮板流量計(jì)等。
質(zhì)量流量的檢測分為直接法和間接法兩種。直接式質(zhì)量流量計(jì)直接測量質(zhì)量流量，如角動(dòng)量式、量熱式和科氏力式等；間接式質(zhì)量流量計(jì)是同時(shí)測出容積流量和流體的密度而自動(dòng)計(jì)算出質(zhì)量流量的。質(zhì)量流量計(jì)測量精度不受流體的溫度、壓力和黏度等影響，是一種新型的正處于發(fā)展中的儀表。
2、差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)在流通管道內(nèi)安裝流動(dòng)阻力元件，流體通過阻力元件時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，使流速增大，靜壓力降低，于是在阻力件前后產(chǎn)生壓力差。該壓力差通過差壓計(jì)檢出，流體的體積流量或質(zhì)量流量與差壓計(jì)所測得的差壓值有確定的數(shù)值關(guān)系。
通過測量差壓值便可求得流體流量，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào) ( 如 DC4mA ～ 20mA) 輸出。把流體流過阻力元件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力元件稱為節(jié)流元件。
（1） 差壓式流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)
差壓式流量計(jì)主要由節(jié)流裝置、信號(hào)管路、差壓變送器和顯示儀表 / 控制器組成。節(jié)流裝置將被測流體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)，信號(hào)管路把差壓信號(hào)傳輸?shù)讲顗鹤兯推骰虿顗河?jì)。
差壓計(jì)對差壓信號(hào)進(jìn)行測量并顯示出來，差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與流量相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)或氣信號(hào)，通過顯示儀表進(jìn)行顯示、記錄與控制。差壓變送器的工作原理在前面已經(jīng)闡述，這里不再介紹。
（2）基本原理
當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，流束發(fā)生收縮，流速增加，從而靜壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生差壓△P（△P=P1－P2），差壓△P與流量Q有一定關(guān)系，即流量Q與差壓△P的平方根成正比，所以用差壓計(jì)測量出△P就可以得到流量Q的大小，這就是差壓法測流量的基本原理。
（3）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置
節(jié)流裝置就是使管道中流動(dòng)的流體產(chǎn)生靜壓力的裝置，完整的節(jié)流裝置由節(jié)流元件、取壓裝置和上下游測量導(dǎo)管 3 部分組成，有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置兩大類。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、要求和計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序，可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時(shí)不必進(jìn)行標(biāo)定，能保證一定的精度。非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實(shí)驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定。作為流量檢測用的節(jié)流元件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。標(biāo)準(zhǔn)孔板是用不銹鋼或其他金屬材料制造的薄板，具有圓形開孔并與管道同心，其直角入口邊緣非常銳利，且相對于開孔軸線是旋轉(zhuǎn)對稱的，順流的出口呈擴(kuò)散的錐形，如圖 2.48 所示。對標(biāo)準(zhǔn)孔板的特征尺寸要求為：節(jié)流孔徑 d 不小于 12.5mm ，直徑比 d/D 應(yīng)在 0.2 ～ 0.75 之間， D 為管道直徑，直孔厚度 h 應(yīng)在 0.005D ～ 0.02D 之間，孔板的總厚度 H應(yīng)在 h ～ 0.05D 之間，圓錐面的斜角α應(yīng)在 30 °～ 45 °之間。
標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價(jià)格低廉。單對流體造成的壓力損失較大，測量精度較低，而且一般只使用于潔凈流體介質(zhì)的測量。在測量大管徑高溫高壓介質(zhì)時(shí)，孔板容易變形。
（4）節(jié)流裝置的取壓方式
差壓式流量計(jì)是通過測量節(jié)流元件前后靜壓力差△ p 來實(shí)現(xiàn)流量測量的值與取壓孔位置和取壓方式緊密相關(guān)。根據(jù)節(jié)流裝置取壓口位置，取壓方式分為理論取壓、角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓與損失取壓五種，如圖 2.49 所示。國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的取壓方式有角接取壓、法蘭取壓和 D-D/2 取壓。
壓口和單獨(dú)鉆孔取壓口。環(huán)隙取壓利用左右對稱的 4 個(gè)環(huán)室把孔板夾在中間，通常要求環(huán)隙在整個(gè)圓周上穿通管道，或者每個(gè)夾持環(huán)應(yīng)至少有 4 個(gè)開孔與管道內(nèi)部連通，每個(gè)開孔的中心線彼此互成等角度，再利用導(dǎo)壓管把孔板上下游的壓力分別引出。當(dāng)采用單獨(dú)鉆孔取壓時(shí)，取壓口的軸線應(yīng)盡可能以 90 °與管道軸線相交，環(huán)隙寬度和單獨(dú)鉆孔取壓口的直徑 a 通常在 4mm ～ 10mm 之間。顯然，環(huán)隙取壓由于環(huán)室的均壓作用，便于測出孔板兩端的平穩(wěn)差壓，能得到較好的測量精度，但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴(yán)格。當(dāng)管徑 D ＞ 500mm 時(shí)，一般采用單獨(dú)鉆孔取壓。角接取壓法比較簡單，環(huán)室取壓容易實(shí)現(xiàn)，測量精度較高。
法蘭取壓裝置的上下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間的距離均為25.4mm±0.8mm(1inch) 。取壓孔開在孔板上下游側(cè)的法蘭上。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)簡單，容易裝配，計(jì)算也方便，但精度較角接取壓法低些，僅適用于標(biāo)準(zhǔn)孔板。
（5） 轉(zhuǎn)子流量計(jì)
轉(zhuǎn)子流量計(jì)又名浮子流量計(jì)或面積流量計(jì)。浮子流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，對儀表前后直管段長度要求不高，壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測氣體、蒸汽和液體的流量，適用性廣等特點(diǎn)。浮子流量計(jì)主要由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動(dòng)的浮子組成，如圖 2.50 所示。當(dāng)被測流體自錐管下端流入流量計(jì)時(shí)，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當(dāng)差壓值大于浸在流體中浮子的重量時(shí)，浮子開始上升。隨著浮子的上升，浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應(yīng)下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時(shí)浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應(yīng)的關(guān)系。
對于不同的流體，由于密度發(fā)生變化，原來的流量刻度將不再適用。所以原則上，轉(zhuǎn)子流量計(jì)應(yīng)該用實(shí)際介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定。
上面所介紹的轉(zhuǎn)子流量計(jì)只適用于就地指示，對配有電遠(yuǎn)傳裝置的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度 h 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳送到其他儀表進(jìn)行指示、記錄和控制。圖2.51 為電傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖。當(dāng)流體流量變化時(shí)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鋼 1 和 2 通過帶動(dòng)杠桿 3 及連桿機(jī)構(gòu) 6 、 7 、 8 使指針 10 在標(biāo)尺 9 上就地指示流量。與此同時(shí)，差動(dòng)變壓器檢測出轉(zhuǎn)子的位移，產(chǎn)生差動(dòng)電勢通過放大和轉(zhuǎn)換后輸出電信號(hào)，通過顯示儀表顯示和通過控制儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)。
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