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各種流量計的優缺點

 第一章自動檢測技術及儀表概述
§1-1 關于測量的概念
根據國際通用計量學基本名詞的推薦“測量是以確定量為目的的一組操作”。這里的量
值均指物理量而言。對于每
一個物理量僅僅是一些物理對象共有的定性性質, 例如溫度、質量、長度等等。每一物理量
代表了一定的物理對象的某
一方面性質, 而更具體的說, 每個量又有它的定量性質如溫度高低、質量大小、長度長短等
等。
測得的物理量值是一個名數, 它由表示物理量的數值和物理量的單位組成。
同一物理量, 由于所選擇的單位不同, 得到測量結果的數值也不同。因此, 在給出測量
值大小的同時一定要給出所用
的測量單位。
§1-2 測量方法
測量方法是完成測量任務所采用的手段。一般是根據給定的原理規定出在測量中所涉及
的運算和實際操作。
在測量過程中由于測量對象、測量環境、測量參數不同, 采用著各式各樣的測量儀表和
測量方法。
1. 簡單測量當選用適當的測量儀表即可直接完成測量任務, 即可測得足夠精度的被
測物理量的大小時, 常把這種
測量稱為簡單測量。
2. 直接測量任何測量都包含不同的簡單測量。如果在測量過程中只包括一項簡單測
量和只根據一些已知數據對
測量結果運算就可以得到被測物理量的大小, 常把這種測量稱為直接測量。
3. 間接測量如果對被測物理量的測量包括兩個或兩個以上的簡單測量, 或包括根據
若干直接測量結果來計算出
最后測量結果, 這種測量稱為間接測量, 也叫非直接測量。
§1-3 測量儀表的性能指標
儀表運行特性通常分為靜態特性和動態特性兩大類。
一、測量儀表的靜態特性
(一) 精確度
與精確度有關的指標有三個: 精密度、正確度和精確度等級。
1. 精密度它說明測量儀表表示值的不一致程度。即對某一穩定的被測量在相同的規
定的工作條件下, 由同一測
量者用同一儀表在相當短的時間內連續重復測量多次, 其測量結果的不一致程度。
2. 正確度它說明表示值有規律地偏離真值大小值的程度。
3. 精確度它是精密度和正確度兩者的總和, 即測量儀表給出接近于被測真值的能力。
4. 精確度等級它是指在規定的工作條件下, 儀表最大允許誤差相對于儀表測量范圍
的百分數也稱精度等級。
(二) 穩定性
它是指在規定的工作條件保持恒定時在規定時間內儀表性能保持不變的能力。一般用精
密度數值和觀測時間長短
表示。
(三) 影響系數
影響系數是儀表性能的重要指標。由于儀表實際工作條件要比標準工作條件差很多, 此
時影響量的作用可以用影
響系數來表示。它是示值變化與影響量變化之間的比值。
(四) 儀表靜態輸入-輸出特性
儀表靜態輸入-輸出特性由靈敏度、靈敏限、分辨率、線性度、滯環、量程等特性表示。
1. 靈敏度它表征儀表在穩態輸出增量與輸入增量之間的比值, 是靜態特性曲線上相
對應的斜率。
2. 靈敏限當儀表的輸入量從零不斷增加時, 在儀表示值發生可察覺的極微小變化時,
此時對應的輸入量的最小變
化值, 稱為靈敏限。
3. 分辨率它表示儀表能夠檢測到被測量最小變化的本領。
4. 線性度通常用實際校驗曲線與一條通過特性曲線上、下限值的端基直線之間的最
大偏差值與最大值之比來衡
量。
5. 死區、回差和滯環
死區它是指不會引起儀表輸出的輸入值最大變化范圍。
回差它是指在儀表全部測量范圍內被測量值上行和下行所得到的兩條特性曲線之間
的最大偏差。
滯環它是指在儀表全部測量范圍內被測量值上行和下行所得到的兩條特性曲線之間
的最大偏差與死區之差。
6. 量程它是指測量上下限之間的代數差。
二、測量儀表的動態特性及動態誤差
(一) 動態特性
測量儀表的動態特性是儀表在動態工作中所呈現的特性, 它決定儀表測量快變參數的
精度, 通常用穩定時間和極限
頻率來概括表示。
所謂穩定時間是指給儀表一個階躍輸入, 從階躍開始到輸出信號進入并不再超出對最
終穩定值規定的允許誤差時
的時間間隔。穩定時間又稱阻尼時間。
極限頻率是指一個儀表的有效工作頻率。在這個頻率以內儀表的動態誤差不超過允許
值。
(二) 動態誤差
動態誤差是儀表隨時間變化的被測量時所具有的誤差, 其數值是動態與靜態測量結果
的差值。
動態誤差屬于規律性誤差。
第二章流量測量及儀表
§2-1 概述
一、關于流量的概念
所謂“流量”是在單位時間內流體通過管道某截面流體的體積或質量, 前者稱為體積流
量, 后者稱為質量流量。
累積流量是指在某一段時間內流量管道流體的總和。
習慣上把測量流量的儀表叫流量計, 而把測量累積流量的儀表稱為計量表。
流量測量單位是導出單位, 常用m3/s、m3/h(體積流量)和kg/s、kg/h(質量流量)等
表示。
而累積流量單位常用m3 和kg 等表示。
二、流量測量儀表的分類
流量計按用途可分為計量表與流量計兩大類。在實際工程計量中最常用的是根據所應用
的原理來分類, 大體可分
為容積式流量計、速度式流量計、差壓式流量計、流體阻力式流量計、測速式流量計和流體
振動式流量計。
§2-2 容積式流量計
容積式流量計又稱排量流量計(positive displacement flowmeter), 簡稱PD 流量計或PDF,
在流量儀表中是精度最
高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分, 根據計量室
逐次、重復地充滿和排放該
體積部分流體的次數來測量流量體積總量。PD 流量計一般不具有時間基準, 為得到瞬時流
量值需要另外附加測量時間
的裝置。容積式流量計品種繁多, 按測量元件結構分類可分為橢圓齒輪流量計、腰輪流量
計(又稱羅茨流量計)、活塞式
式流量計、刮板式流量計等。
1. 容積式流量計的優點
容積式流量計計量精度高, 基本誤差一般為±0.5%R, 特殊的可達±0.2%R 或更高。通
常在昂貴介質或需要精確計
量的場合使用。容積式流量計在旋轉流和管道阻流件流速場畸變時對計量精確度沒有影響,
沒有前置直管段要求。這
一點在現場使用中有重要的意義。
容積式流量計可用于高粘度流體的測量。范圍度寬, 一般為10:1 到5:1, 特殊的可達30:1
或更大。容積式流量計是
直讀式儀表, 無需外部能源, 可直接獲得累計總量, 清晰明了, 操作簡便。在以體積流量計組
合的間接法質量流量測量
中, 容積式流量計與速度式等推導體積流量計相比, 所得體積是直接幾何量, 體積量的影響
因素要單純些。在不適合采
取密度計測量的高壓天然氣測量中, 不易處理的氣體壓縮系數, 用容積式流量計可間接求
得。
2. 容積式流量計的缺點
容積式流量計結構復雜, 體積大, 笨重, 尤其較大口徑的容積式流量計體積龐大, 故一
般只適用于中小口徑。與其他
幾類通用流量計(如差壓式、浮子式、電磁式)相比, 容積式流量計的被測介質種類、介質工
況(溫度、壓力)、口徑局
限性較大, 適應范圍窄。由于高溫下零件熱膨脹、變形, 低溫下材質變脆等問題, 容積式流
量計一般不適用于高低溫場
合。目前可使用溫度范圍大致在-30~+160℃, 壓力最高為10MPa。大部分容積式流量計儀表
只適用潔凈單相流體, 含
有顆粒、臟污物時上游需裝過濾器, 既增加壓損, 又增加維護工作; 如測量含有氣體的液體
必須裝設氣體分離器。容積
式流量計安全性差, 如檢測活動件卡死, 流體就無法通過, 斷流管系就不能應用。但有些結
構設計在殼體內置一旁路, 當
檢測活動元件卡死, 流體可從旁路通過。部分形式容積式流量計儀表(如橢圓齒輪式、腰輪
式、旋轉活塞式等)在測量
過程中會給流動帶來脈動, 較大口徑儀表還會產生噪聲, 甚至是管道產生振動。
§2-3 電磁流量計
電磁式流量計屬于測速流量計, 是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體
體積流量的儀表。它的應用
的范圍很廣, 可以測量各種腐蝕性介質: 酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液。它也可
用于測量食品工業、醫藥
自來水和污水處理等各部門中液體測量。它測量的體積量小至每小時數滴大至幾萬立方米。
管道的口徑為2mm~3m,
一般精度為0.5 級和0.2 級。
1. 優點
電磁流量計的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管, 因不易阻塞適用于測量含有
固體顆?;蚶w維的液固二相流
體, 如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。電磁流量計不產生因檢測流量所形成的壓力損
失, 儀表的阻力僅是同一長
度管道的沿程阻力, 節能效果顯著, 對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。電磁
流量計所測得的體積流量, 實
際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率(只要在某閾值以上)變化明顯的影響。與其
他大部分流量儀表相比, 前
置直管段要求較低。電磁流量計的測量范圍度大, 通常為20:1~50:1, 可選流量范圍寬。
滿度值液體流速可在0.5~
10m/s 內選定。有些型號儀表可在現場根據需要擴大和縮小流量(例如設有4 位數電位器設定
儀表常數)不必取下作離線
實流標定。電磁流量計的口徑范圍比其他品種流量儀表寬, 從幾毫米到3m??蓽y正反雙向
流量, 也可測脈動流量, 只要脈
動頻率低于激磁頻率很多。儀表輸出本質上是線性的。易于選擇與流體接觸件的材料品種,
可應用于腐蝕性流體。
2. 缺點
電磁流量計不能測量電導率很低的液體, 如石油制品和有機溶劑等。不能測量氣體、蒸
汽和含有較多較大氣泡的液
體。通用型電磁流量計由于襯里材料和電氣絕緣材料限制, 不能用于較高溫度的液體;有些
型號儀表用于過低于室溫的
液體, 因測量管外凝露(或霜)而破壞絕緣。
§2-4 渦輪流量計
渦輪流量計是一種速度式流量計。當被測流體流過儀表時精度, 沖擊渦輪葉片, 使渦輪
旋轉, 在一定測量范圍內, 渦輪
轉數與流量成正比。
在各種流量計中渦輪流量計、容積式流量計和科氏質量流量計是三類重復性、精確度最
佳的產品, 而渦輪流量計具
有自己的特點, 如結構簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應高參
數(高溫、高壓和低溫)等。
至今, 渦輪流量計可達技術參數: 口徑4~750mm, 壓力達250MPa, 溫度為-240~700℃, 像這
樣的技術參數其他兩類流
量計則是難以達到的。
渦輪流量計廣泛應用于以下一些測量對象: 石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣、
煤氣和低溫流體等。
渦輪流量計的主要特點如下:
1. 高精確度, 對于液體一般為±0.25%~±0.5%, 高精度型可達±0.15%; 而介質為氣
體, 一般為±1%~±1.5%,
特殊專用型為±0.5%~±1%。在所有流量計中, 它屬于最精確的。
2.重復性好, 短期重復性可達0.05~0.2%, 正是由于具有良好的重復性, 如經常校準或
在線校準可得極高的精確度,
在貿易結算中是優先選用的流量計。
3. 輸出脈沖頻率信號, 適于總量計量及與計算機連接, 無零點漂移, 抗干擾能力強。
4.可獲得很高的頻率信號(3-4kHz), 信號分辨力強。
5. 范圍度寬, 中大口徑可達40:1~10:1, 小口徑為6:1 或5:1。
6. 結構緊湊輕巧, 安裝維護方便, 流通能力大。
7.適用高壓測量, 儀表表體上不必開孔, 易制成高壓型儀表。
8.專用型傳感器類型多, 可根據用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器, 例如低溫型、
雙向型、井下型、混砂專用
型等。
9.可制成插入型, 適用于大口徑測量, 壓力損失小, 價格低, 可不斷流取出, 安裝維護方
便。
10.難以長期保持校準特性, 需要定期校驗。對于無潤滑性的液體, 液體中含有懸浮物或
磨蝕性, 造成軸承磨損及卡
住等問題, 限制了其適用范圍, 采用耐磨硬質合金軸和軸承后情況有所改進。對于貿易儲運
和高精度測量要求的, 最好配
備現場校驗設備, 可定期校準以保持其特性。
11. 一般液體渦輪流量計不適用于較高粘度介質(高粘度型除外), 隨著粘度的增大, 流
量計測量下線值提高, 范圍度
縮小, 線性度變差。
12.流體物性(密度、粘度)對儀表特性有較大影響。氣體流量計易受密度影響, 而液體流
量計對粘度變化反應敏感
由于密度和粘度與溫度、壓力關系密切, 在現場溫度、壓力波動是難免的, 要根據它們對精
確度影響的程度采取補償措
施, 才能保持高的計量精度。
13.流體計受來流流速分布畸變和旋轉流的影響較大, 傳感器上下游側需設置較長的直
管段, 如安裝空間有限制, 可
加裝流動調整器(整流器)以縮短直管段長度。
14.不適于脈動流和混相流的測量。
15.對被測介質的清潔度要求較高, 限制了其適用領域, 雖可安裝過濾器以適應臟污介
質, 但亦帶來壓損增大、維護
量增加等副作用。
16.小口徑(DN50 以下)儀表的流量特性受物性影響嚴重, 故小口徑渦輪流量計的儀表性
能難以提高。
§2-4 渦街流量計
渦街流量計屬于流體振動式流量計, 也是一種速度式流量計。
渦街流量計又稱卡門旋渦流量計, 它是利用流體自然振蕩的原理制成的一種旋渦分離
型流量計。當流體以足夠大的
流速流過垂直于流體流向的物體時, 若該物體的幾何尺寸適當, 則在物體的后面, 沿兩條平
行直線上產生整齊排列、轉向
相反的渦列。渦列的個數, 即渦街頻率, 和流體的流速成正比。因而通過測量旋渦頻率, 就
可以知道流體的流速, 從而測量
流體的流量。
1.優點
渦街流量計結構簡單牢固, 安裝維護方便(與節流式差壓流量計相比較, 無需導壓管和
三閥組等, 減少泄漏、堵塞和
凍結等)。渦街流量計適用流體種類多, 如液體、氣體、蒸氣和部分混相流體。精確度較高(與
差壓式, 浮子式流量計比
較), 一般為測量值的(±0.5%~±1%)R。渦街流量計壓損小(約為孔板流量計1/4~1/2); 輸出
與流量成正比的脈沖信
號, 適用于總量計量, 無零點漂移。在一定雷諾數范圍內, 輸出頻率信號不受流體物性(密度,
粘度)和組分的影響, 即儀
表系數僅與旋渦發生體及管道的形狀尺寸有關, 只需在一種典型介質中校驗而適用于各種
介質。
2.局限性
渦街流量計不適用于低雷諾數測量(ReD≥2×104), 故在高粘度、低流速、小口徑情況
下應用受到限制。旋渦分離
的穩定性受流速分布畸變及旋轉流的影響, 應根據上游側不同形式的阻流件配置足夠長的
直管段或裝設流動調整器(整流
器), 一般可借鑒節流式差壓流量計的直管段長度要求安裝。渦街流量計對管道機械振動較
敏感, 不宜用于強振動場所。
§2-6 差壓式流量計
差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與
管道的幾何尺寸來測量流量
的儀表。差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。通
常以檢測件的型式對差壓式
流量計分類, 如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電
子、機電一體式差壓計, 差壓
變送器和流量顯示及計算儀表, 它已發展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的種類
規格龐雜的一大類儀表。差
壓計既可用于測量流量參數, 也可測量其他參數(如壓力、物位、密度等)。
應用最普遍的節流件標準孔板結構易于復制, 簡單, 牢固, 性能穩定可*, 使用期限長,
價格低廉。節流式差壓式流量
計應用范圍極廣泛, 至今尚無任何一類流量計可與之相比。全部單相流體, 包括液、氣、蒸
汽皆可測量, 部分混相流, 如氣
固、氣液、液固等亦可應用, 一般生產過程的管徑、工作狀態(壓力, 溫度)皆有產品。
檢測件與差壓顯示儀表可分開不同生產廠生產, 便于專業化形成規模經濟生產, 它們的
結合非常靈活方便。檢測件,
特別是標準型的, 是全世界通用的, 并得到國際標準組織的認可。對標準型檢測件進行的試
驗研究是國際性的, 其他流量
計一般僅依*個別廠家或研究群體進行, 因此其研究的深度和廣度不可同日而語。從時間上
看, 標準型檢測件自20 世紀
30 年代由國際標準化組織確定后再也沒有改變, 其研究資料及生產實踐的積累極其豐富,
它涉及的應用范圍還沒有一類
流量計可比。正是由于上述原因, 標準型節流式差壓式流量計無需實流校準, 即可投用, 在
流量計中亦是惟一的。
目前在各種類型的差壓式流量計中以節流式和動壓頭式應用最多。節流式已開發20 余
品種, 并且仍有新品種開發出,
較成熟的向標準型發展, ISO 設有專門技術委員會負責此項工作。動壓頭式以均速管流量計
為代表, 近年有較快發展, 它
是插入式流量計的主要品種, 其用量在迅速增加。
節流式差壓式流量計主要存在以下缺點:
1. 測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平, 由于眾多因素的影響錯綜復雜, 精
確度難以提高。
2. 范圍度窄, 由于儀表信號(差壓)與流量為平方關系, 一般范圍度僅3:1~ 4:1。
3. 現場安裝條件要求較高, 如需較長的直管段(指孔板, 噴嘴), 一般難以滿足。
4. 檢測件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環節, 易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失
真等故障。
5. 壓損大(指孔板, 噴嘴)。
§2-7 浮子式流量計
浮子式流量計是一種流體阻力式流量計。浮子流量計是以浮子在垂直錐形管中隨著流量
變化而升降, 改變它們之間
的流通面積來進行測量的體積流量儀表, 又稱轉子流量計。在美國、日本常稱作變面積流量
計或面積流量計。
浮子流量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上
下移動的浮子組所組成。被測
流體從下向上經過錐管和浮子形成的環隙時, 浮子上下端產生差壓形成浮子上升的力, 當浮
子所受上升力大于浸在流體中
浮子重量時, 浮子便上升, 環隙面積隨之增大, 環隙處流體流速立即下降, 浮子上下端差壓
降低, 作用于浮子的上升力亦隨
著減少, 直到上升力等于浸在流體中浮子重量時, 浮子便穩定在某一高度。浮子在錐管中高
度和通過的流量有對應關系。
浮子流量計使用于小管徑和低流速。常用儀表口徑40-50mm 以下, 最小口徑做到
1.5-4mm。適用于測量低流速小
流量, 以液體為例, 口徑10mm 以下玻璃管浮子流量計滿度流量的名義管徑, 流速只在
0.2-0.6m/s 之間, 甚至低于0.1m/s;
金屬管浮子流量計和口徑大于15mm 的玻璃管浮子流量計稍高些, 流速在0.5~1.5m/s 之間。
浮子流量計可用于較低雷諾
數, 選用粘度不敏感形狀的浮子, 流通環隙處雷諾數只要大于40 或500, 雷諾數變化流量系
數即保持常數, 亦即流體粘度變
化不影響流量系數。這數值遠低于標準孔板等節流差壓式儀表最低雷諾數104~105 的要求。
大部分浮子流量計沒有上游直管段要求, 或者說對上游直管段要求不高。
浮子流量計有較寬的流量范圍度, 一般為10:1, 最低為5:1, 最高為25:1。流量檢測元件
的輸出接近于線性。壓力損失
較低。玻璃管浮子流量計結構簡單, 價格低廉。只要在現場指示流量者使用方便, 缺點是有
玻璃管易碎的風險, 尤其是無
導向結構浮子用于氣體。金屬管浮子流量計無錐管破裂的風險。與玻璃管浮子流量計相比,
使用溫度和壓力范圍寬。大
部分結構浮子流量計只能用于自下向上垂直流的管道安裝。浮子流量計應用局限于中小管徑,
普通全流型浮子流量計不
能用于大管徑, 玻璃管浮子流量計最大口徑100mm, 金屬管浮子流量計為150mm, 更大管
徑只能用分流型儀表。使用流
體和出廠標定流體不同時, 要作流量示值修正。液體用浮子流量計通常以水標定, 氣體用空
氣標定, 如實際使用流體密度
粘度與之不同, 流量要偏離原分度值, 要作換算修正。
§2-8 靶式流量計
靶式流量計也是一種流體阻力式流量計。浮子流量計在測量管(儀表表體)中心同軸放置
一塊園形靶板, 當流體沖擊
靶板時, 靶板上受到一個力F, 靶板受力經力轉換器轉換成電信號, 經前置放大, AD 轉換及
計算機處理后, 可得到相應的流
量和總量。
靶式流量計的感測件為無可動部件, 具有結構簡單牢固、安裝維護方便、不宜堵塞等特
點。它的應用范圍和適應性
很廣泛, 一般工業過程中的流體介質, 包括液、氣和蒸汽, 尤其是可以測量低雷諾數流量(例
如大粘度、小流量等)、含有
固體顆粒的漿液(泥漿、紙漿、砂漿、礦漿等)??趶椒秶?DN15 以上), 各種工作狀態(高、
低溫, 常壓、高壓)皆可應用,
可以說其應用范圍可與孔板流量計相比美。靶式流量計的準確度高, 總量測量可達0.2%R;
范圍度寬, 量程比可達4:1~
15:1 至30:1 之間; 靈敏度高, 能測量微小流量, 流速可低至0.08m/s 。它可適應高參數流體
的測量, 壓力高達數百公斤, 溫
度達450℃, 并可用于雙向流動流體的測量。靶式流量計的壓力損失較低, 約為標準孔板的
一半; 抗上游阻流件干擾能力
強, 上游側直管段長度一般5~10D 即可。它可采取干式(掛重法)校驗, 給用戶周期校驗帶來
方便; 直讀式儀表無需外能源,
清晰明了, 操作簡便, 亦可輸出標準信號(脈沖頻率或電流信號)。靶式流量計的儀表性能價
格比高, 是一種經濟實惠的流
量計。
§2-9 超聲波流量計
超聲流量計是通過檢測流體流動時對超聲束(或超聲脈沖)的作用, 以測量體積流量的儀
表。封閉管道用超聲流量計
按測量原理分類有:①傳播時間法;②多普勒效應法;③波束偏移法;④相關法;⑤噪聲法。
1.優點
超聲流量計可作非接觸測量。夾裝式換能器超聲流量計可無需停流截管安裝, 只要在既
設管道外部安裝換能器即可
這是超聲流量計在工業用流量儀表中具有的獨特優點, 因此可作移動性(即非定點固定安裝)
測量, 適用于管網流動狀況評
估測定超聲流量計為無流動阻撓測量, 無額外壓力損失。流量計的儀表系數是可從實際測量
管道及聲道等幾何尺寸計算
求得的, 既可采用干法標定, 除帶測量管段式外一般不需作實流校驗。超聲流量計適用于大
型圓形管道和矩形管道, 且原
理上不受管徑限制, 其造價基本上與管徑無關。對于大型管道不僅帶來方便, 可認為在無法
實現實流校驗的情況下是優先
考慮的選擇方案。多普勒超聲流量計可測量固相含量較多或含有氣泡的液體。多普勒超聲流
量計可測量非導電性液體,
在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計的一種補充。因易于實行與測試方法(如流速計的速
度-面積法, 示蹤法等)相結合
可解決一些特殊測量問題, 如速度分布嚴重畸變測量, 非圓截面管道測量等。某些傳播時間
法超聲流量計附有測量聲波傳
播時間的功能, 即可測量液體聲速以判斷所測液體類別。
2.缺點和局限性
傳播時間法超聲流量計只能用于清潔液體和氣體, 不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一
范圍的液體;反之多普勒法超聲
流量計只能用于測量含有一定異相的液體。外夾裝換能器的超聲流量計不能用于襯里或結垢
太厚的管道, 以及不能用于
襯里(或銹層)與內管壁剝離(若夾層夾有氣體會嚴重衰減超聲信號)或銹蝕嚴重(改變超聲傳
播路徑)的管道。多普勒法超
聲流量計多數情況下測量精度不高。國內生產現有品種不能用于管徑小于DN25mm 的管道
§2-10 科里奧利質量流量計
科里奧利質量流量計是利用流體在直線運動的同時處于一旋轉系中, 產生與質量流量
成正比的科里奧利力原理制成
的一種直接式質量流量儀表。
1.優點
科里奧利質量流量計直接測量質量流量, 與被測介質的溫度、壓力、密度、粘度變化無
關??蓽y量流體范圍廣泛, 包
括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣
體。測量管的振動幅小, 可
視作非活動件, 測量管路內無阻礙件和活動件, 因此具有很好的可*性。對應對迎流流速分
布不敏感, 因而無上下游直管
段要求。測量值對流體粘度不敏感, 流體密度變化對測量值得值的影響微小??勺龆鄥禍y
量, 如同期測量密度, 并由此
派生出測量溶液中溶質所含的濃度??评飱W利質量流量計具有很高的測量精度, 可達±
0.1%~±0.2%; 還具有很寬的量
程比, 最高可達1:100。
2.缺點
科里奧利質量流量計零點不穩定形成零點漂移, 影響其精確度的進一步提高, 使得許多
型號儀表只得采用將總誤差
分為基本誤差和零點不穩定度量兩部分。它不能用于測量低密度介質和低壓氣體;液體中含
氣量超過某一限制會顯著著
影響測量值。質量流量計對外界振動干擾較為敏感, 為防止管道振動影響, 大部分型號質量
流量計的流量傳感器安裝固定
要求較高。不能用于較大管徑, 目前尚局限于150(200)mm 以下。測量管內壁磨損腐蝕或沉
積結垢會影響測量精確度, 尤
其對薄壁管測量管的質量流量計更為顯著。壓力損失較大, 與容積式儀表相當, 有些型號質
量流量計甚至比容積式儀表大
100%。大部分型號質量流量計重量和體積較大。價格昂貴, 國外價格5,000~10,000 美元一
套, 約為同口徑電磁流量計的
2~5 倍;國內價格約為電磁流量計的2~ 8 倍。
§2-11 熱式質量流量計
熱式質量流量計是利用傳熱原理, 即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管
外加熱體)之間熱量交換關系
來測量流量的儀表,當前主要用于測量氣體。
熱式流量儀表用得最多有兩類:
1)利用流動流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導分布效應的熱分布式流量計;
2)利用熱消散(冷卻)效應的金氏定律流量計。又由于結構上檢測元件伸入測量管內, 也
稱浸入型或侵入型流量計。
1.優點
熱分布式熱質量流量計可測量低流速(氣體0.02~2m/s)微小流量; 浸入式熱質量流量計
可測量低、中偏高流速(氣
體2~60m/s), 插入式熱質量流量計更適合于大管徑。熱式質量流量計無活動部件, 無分流管
的熱分布式儀表無阻流件,
壓力損失很小;帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表, 雖在測量管道中置有阻流件, 但壓
力損失也不大。熱式質量流量
計使用性能相對可*。與推導式質量流量儀表相比, 不需溫度傳感器, 壓力傳感器和計算單
元等, 僅有流量傳感器, 組成簡
單, 出現故障概率小。熱分布式儀表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO 等接近理想氣體的雙
原子氣體, 不必用這些氣體專門
標定, 直接就用空氣標定的儀表, 實驗證明差別僅2%左右;用于Ar、He 等單原子氣體則乘
系數1.4 即可;用于其他氣體可用
比熱容換算, 但偏差可能稍大些。氣體的比熱容會隨著壓力溫度而變, 但在所使用的溫度壓
力附近不大的變化可視為常
數。
2.缺點和局限性
熱式質量流量計響應慢。被測量氣體組分變化較大的場所, 因cp 值和熱導率變化, 測量
值會有較大變化而產生誤差
對小流量而言, 儀表會給被測氣體帶來相當熱量。對于熱分布式熱質量流量計, 被測氣體若
在管壁沉積垢層影響測量值,
必須定期清洗;對細管型儀表更有易堵塞的缺點, 一般情況下不能使用。對脈動流在使用上將
受到限制。液體用熱式質
量流量計對于粘性液體在使用上亦受到限制

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