氣體流量計原理及發(fā)展方向

作者：時間：2013-03-07 來源：網(wǎng)絡(luò)

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在物資量計量領(lǐng)域中,流體流量的檢測與控制是各行各業(yè)加強(qiáng)物料管理、能源管理，進(jìn)行物資交接、財務(wù)結(jié)算，經(jīng)濟(jì)核算，效益分析與評價及至決策的重要依據(jù)；也是企業(yè)監(jiān)控生產(chǎn)過程，使其保護(hù)優(yōu)質(zhì)、高效、安全、平穩(wěn)運(yùn)行和改善環(huán)境的重要手段。從某種意義上講：計量就是眼睛，計量就是金錢，計量就是效益?，F(xiàn)代企業(yè)對流量計量的要求越來越高，主要反映在滿足準(zhǔn)確性、可靠性、及時性和自動化水平的程度等方面。

1 常用的幾種測量方法簡述

為了滿足各種測量的需要，幾百年來人們根據(jù)不同的測量原理，研究開發(fā)制造出了數(shù)十種不同類型的流量計，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)到較好的測量效果，需要針對不同的測量領(lǐng)域，不同的測量介質(zhì)、不同的工作范圍，選擇不同種類、不同型號的流量計。工業(yè)計量中常用的幾種氣體流量計有：

（1）差壓式流量計

差壓式流量計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（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、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。在差壓式流量計中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓流量計結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、研究最充分、已標(biāo)準(zhǔn)化而得到最廣泛的應(yīng)用?？装辶髁坑嬂碚摿髁坑嬎愎綖椋?

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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。

對于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣積流量的實用計算公式為：

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式中，qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計量系數(shù)，視采用計量單位而定，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為相對密度系數(shù)，ε為可膨脹系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動濕度系數(shù)；p1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；Δp為氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。

差壓式流量計一般由節(jié)流裝置（節(jié)流件、測量管、直管段、流動調(diào)整器、取壓管路）和差壓計組成，對工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場合則需配置壓力計（傳感器或變送器）、溫度計（傳感器或變送器）流量計算機(jī)，組分不穩(wěn)定時還需要配置在線密度計（或色譜儀）等。

（2）速度式流量計

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

① 渦輪流量計：當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時，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)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測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。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該電脈沖信號與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦輪流量計的理論流量方程為：

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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：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。渦街流量計的理論流量方程為：

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