流量測(cè)量儀(yí)表是用來測量管道或明溝中的液體、氣體或蒸汽等流(liú)體流量的工業自動化儀表,又稱流量(liàng)計。
流量是指單位時間內流(liú)經管道(dào)有效截麵的流體數量,流體數量用體積表示者(zhě)稱為體積流量,單位為米³/時(shí)、升/時等;流體數量用質量表示者稱為質量流量,單位為噸/時、千克/時等。
早在1738年,瑞士人丹尼爾第一·伯努利以伯努利方程為基礎(chǔ),利用差壓法測量水流量;後來意大利人文丘裏研究用文丘裏管測量流量,並於1791年發表了研究結果;1886年,美國人(rén)赫謝爾用文丘裏管製成測量水流量的實用裝置(zhì)。
20世紀初期到中期,原有的測量原(yuán)理逐漸成熟,人們開始探索新的測量原理。自1910年起,美國開始研製(zhì)測量明溝中(zhōng)水流量的槽式(shì)流量計。1922年,帕歇爾將原文丘裏水槽改革為帕歇爾水槽。
1911~1912年(nián),美籍匈牙利人卡(kǎ)門提出(chū)卡門渦街的新理論(lùn);30年代,又(yòu)出現了(le)探討用聲波測量液體和氣體的流速的方法,但到第二次世界大戰為止未獲很大進展,直(zhí)到1955年才有(yǒu)應用聲循環法的馬克森流量計,用於測(cè)量航空燃料的流量。1945年,科林用交變磁場成功地測(cè)量了血液流動的情況。
二十世紀60年代以後,測量儀表開始向精密化、小型化等方向(xiàng)發展。例如,為了提高差(chà)壓儀表的精確度,出現了力平衡差壓變送器和電容式差(chà)壓變送器;為使電磁流量計(jì)的傳感器小型化(huà)和改善信噪比,出現了用非均勻磁場和低頻勵磁方(fāng)式的電磁流量計。此外,具(jù)有寬測量範圍和無(wú)活動檢測部件的實用(yòng)卡門渦街流量計也在70年代(dài)問世。
隨著(zhe)集成電路技術的迅速發展,具有鎖相環路技術的(de)超聲(波)流量計也得到了普(pǔ)遍應用。微型計(jì)算機的廣泛應用(yòng),進一步提高了流量測量的能力,如激光多普勒(lè)流速計(jì)應(yīng)用微型計算機後,可處理較(jiào)為(wéi)複雜的信號。
流量可利用各種物理現象來間(jiān)接(jiē)測(cè)量,所以流量測量儀表種類繁多。按測量方法分,流量計有差壓式、變麵積式、容積式、速度式和電磁式等。
差壓流量計是應用非常廣泛的一類流量測量儀表,約占流量測量儀表總(zǒng)數的70%。它由節流裝置和差壓計兩部分組成,充滿圓管的流體流經節流件(如孔板(bǎn))時,流束在孔板處形成局(jú)部收(shōu)縮,由於流速增加、靜壓力降低而在孔板前後產生壓差,這一壓差與流量的平方成正比。
測量壓(yā)差的儀表有應(yīng)變、電容和振弦式等差壓變送器,以及雙波紋管差壓計等類型。這類儀表調試方便,且已規範化。隻要將節流裝置與差壓計配套就可用於測量流體的流量。
變麵積式流量計的(de)主要形式是轉(浮)子流量計,是由(yóu)錐形玻(bō)璃管和浮子組(zǔ)成,浮子(zǐ)能在垂直安裝(zhuāng)的錐形玻璃管內(nèi)上下移動。被測流(liú)體自下向(xiàng)上流過(guò)管壁與浮子之間環隙時(shí),托起浮子向上,這時管與(yǔ)浮子之間的環隙麵積增大(dà),直到浮子兩邊壓(yā)差(chà)所形成的力與浮子重力相等時,浮子便處在一個平衡位置。
流量變化時浮子兩邊壓差所形成(chéng)的力也隨之變化,使浮子又在一個新的位(wèi)置(zhì)上重(chóng)新平衡,浮(fú)子浮起的高度即為流量計的讀數。
渦輪流(liú)量計由傳感器和顯示儀表組成,傳感器主要由磁電感應轉換器和渦輪組(zǔ)成。流體流過傳感(gǎn)器時,先經過前導流件,再推動鐵磁材料製成的渦輪旋轉。旋轉的渦輪切割固殼體上的磁電感應轉換器的磁力線,磁路中的磁(cí)阻(zǔ)便發(fā)生周期性的變化,從而感應出交流電信號。
信號的頻率與被測流體(tǐ)的體積流量成正比,傳感(gǎn)器的輸出信號經(jīng)前置放大器放(fàng)大後輸至顯示儀表,進行流量指示和積算。渦輪轉速信(xìn)號還可用光電效應、霍耳效應等轉換器檢(jiǎn)出。
電磁流量計是由傳感器、轉換器和顯示儀表組成,根據法(fǎ)拉第電磁感應定律工作。
卡門渦街流量計是(shì)在流體中放置(zhì)一個非流(liú)線型柱狀物(圓柱或三角柱形等),在某一雷(léi)諾數範圍內便會在柱狀物後麵的兩(liǎng)側交替地產生一種有規律的旋渦(wō)。根據兩(liǎng)側旋渦(wō)之間的距離與同側旋渦之間距的相互(hù)關係,就可測出旋渦頻率即可得(dé)出體積流量。
一般流量計測量的是體(tǐ)積流量,而流(liú)體密度是隨著溫度、壓力(lì)的(de)變化而變化的。因此,在密度變化的情況下,求出的體積流量對某一規(guī)定的工(gōng)況(kuàng)來說(shuō)是(shì)不準確(què)的,而質量流量(liàng)卻與溫度、壓力變化無(wú)關。因此在一些情況下,就需要使用質量流量計了。質量流量計可分為直接式和推(tuī)導式(shì)兩類(lèi)。
為了滿足流量測量的特殊要求,隨著(zhe)新技(jì)術的發展,又(yòu)出(chū)現一些新型流量測量(liàng)儀表。例如(rú)多(duō)普勒激光流速計能測量射流元件內氣流變化速度、超(chāo)聲速的(de)氣流和湍流、燃燒火焰,特(tè)別是它能測量速度的分布;用氣動力輸(shū)送各種(zhǒng)物料(liào)時,需要測量氣-固兩相流的流量,為此而研(yán)製出一種不需要單獨標定的相關流量計。
另外(wài),為了解決煙絲、水泥和玉米粉等固體流量測量,而研製出衝量流量計;為解決礦石、紙、煤破(pò)碎後變成漿狀液的輸送,和汙水處(chù)理、挖(wā)泥等汙泥的運送(sòng)中的計量問題,已有耐磨內襯和帶濃度補償的電磁(cí)流量(liàng)計;另外,在大口(kǒu)徑中插入一種由小口徑渦輪、渦街(jiē)和電磁等製成的插入式流量計(jì),就可測量大流量,而且儀器價格低廉,壓損小,也(yě)便於維修。
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