您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
流量測(cè)量?jī)x表基本原理
流體流量的測(cè)量和調(diào)節(jié)是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和節(jié)約能源的需要，流量測(cè)量愈引起人們的重視，流量?jī)x表得到廣泛的應(yīng)用，流量測(cè)量技術(shù)獲得較快的發(fā)展，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)一生產(chǎn)工藝過(guò)程自動(dòng)化、保證安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益都將起到重要作用。
流量測(cè)量的關(guān)鍵在于儀表的正確選型和使用。流量?jī)x表品種較多，使用范圍較廣。由于測(cè)量介質(zhì)，諸如液體、氣體和蒸汽等以及工況條件的不同，對(duì)儀表有不同的要求。，因此，必須了解流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)性能以及被測(cè)介質(zhì)的特性、流動(dòng)狀態(tài)、管路情況以及生產(chǎn)工藝過(guò)程對(duì)儀表的要求，正確選用合適的儀表。其次，對(duì)儀表還必須使用得當(dāng)和加強(qiáng)日常維護(hù)管理，才能取得滿意的效果。安裝不良、使用不當(dāng)、維護(hù)管理不善往往導(dǎo)致儀表喪失精度或早期損壞，給生產(chǎn)造成損失，這在實(shí)際工作中屢見(jiàn)不鮮。
一、常用流量計(jì)的基本原理
流體在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或設(shè)備某橫截面處的數(shù)量稱為流量。該數(shù)量可以用體積、重量和質(zhì)量來(lái)表示，流過(guò)的數(shù)量用體積計(jì)算的稱為體積流量，用質(zhì)量計(jì)算的稱為質(zhì)量流量，體積流量的單位為m3/s(也用m3/h, cm3/s, L/min表示)，質(zhì)量流量的單位為kg/s(也用kg/h表示)。
流量計(jì)是測(cè)量流量的儀表，它能指示和記錄某瞬時(shí)流體的流量值，累積某段時(shí)間間隔內(nèi)流體的總量值。流量測(cè)量的方法很多，較常用的測(cè)量方法大體上可分為差壓式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、漩渦流量計(jì)、靶式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。由于流量測(cè)量方法的基礎(chǔ)理論都建立在不同的物理原理上，因此各類流量計(jì)就相應(yīng)具有各不相同的特點(diǎn)以及不同的使用場(chǎng)合，為了適應(yīng)各種工藝條件及要求的過(guò)程控制，在此將介紹幾種常用流量計(jì)儀表的工作原理。
(一)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的基本原理
轉(zhuǎn)子流量計(jì)（如圖9-11）廣泛應(yīng)用在各工藝部門中，主要由一根自下而上擴(kuò)大的垂直錐形管
圖9-11 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖
和一只隨流體流量大小而可以上下移動(dòng)的錐形轉(zhuǎn)子所組成。轉(zhuǎn)子升降時(shí)，它的大外徑與錐形管之間的環(huán)隙面積隨轉(zhuǎn)子高度不同而變化。當(dāng)流量增加時(shí)，轉(zhuǎn)子上升環(huán)形面積增大，并使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在較高位置，此時(shí)高度h即可指示流量。故轉(zhuǎn)子流量計(jì)也稱為變面積流量計(jì)。根據(jù)其錐形管所選用的材料，可分為金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)和玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)帶有遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的就地指示，并可對(duì)應(yīng)被測(cè)流量的大小輸出氣、電標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，與電、氣動(dòng)單元組合儀表配套使用，對(duì)流量進(jìn)行指示或控制。因此金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)也稱為遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)。其工作原理：將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動(dòng)變壓器的鐵芯連接，使轉(zhuǎn)子帶動(dòng)鐵芯一起運(yùn)動(dòng)，就可將流量大小轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓的大小，經(jīng)放大后可輸出直流信號(hào)。
(二)差壓式流量計(jì)基本原理
差壓式流量計(jì)是一種使用歷史較悠久，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較完整的流量裝置。它是以測(cè)量流體流經(jīng)節(jié)流裝置所產(chǎn)生的靜壓差來(lái)顯示流量大小的一種流量計(jì)。在壓力管路中加裝孔板（如圖9-12）、噴嘴、文丘利管等節(jié)流裝置，用差壓變送器測(cè)取節(jié)流裝置前后水流速度變化而形成的壓力差，用差值大小經(jīng)開(kāi)方器作開(kāi)方運(yùn)算后換算成流量，以輸出毫安級(jí)直流信號(hào)。
圖9-12 節(jié)流裝置的取壓方式
1-1—角接取壓法；2-2—法蘭取壓法；3-3—徑距取壓法；4-4—理論取壓法；5-5—管接取壓法
(三)電磁流量計(jì)基本原理
電磁流量計(jì)（如圖9-13）是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律研制出的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電流體介質(zhì)在水管中與外設(shè)磁場(chǎng)垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，會(huì)在電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E，然后通過(guò)變換器放大，輸出直流信號(hào)，供顯示儀表。
1-渦輪；2-導(dǎo)流器；3-磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器
4-外殼；5-前置放大器
(四)渦輪流量計(jì)基本原理
渦輪流量計(jì)（如圖9-14）是一種速度式流量測(cè)量?jī)x表，它通過(guò)測(cè)定置于流體中的渦輪的轉(zhuǎn)速來(lái)反映流量的大小。渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器(包括前置放大器)和流量積算儀組成，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量和累積流量的計(jì)量。渦輪流量傳感器主要由殼體組件、葉輪組件、磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器(包括前置放大器)等所組成。其工作原理，當(dāng)被測(cè)流體通過(guò)傳感器時(shí)，沖擊葉輪葉片，使葉輪旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)及一定的流體粘度下，葉輪轉(zhuǎn)速與流體流量成正比。而當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉輪上由導(dǎo)磁不銹鋼制成的螺旋形葉片，依次接近處于管壁上的檢測(cè)線圈，周期性地改變檢測(cè)線圈磁電回路的磁阻，使通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生與流量成比例的脈沖電信號(hào)。此脈沖信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送至二次儀表進(jìn)行積算或顯示。
(五)漩渦流量計(jì)基本原理
漩渦流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)。輸出信號(hào)是與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，可遠(yuǎn)距離傳送，并且輸出信號(hào)僅與流量有關(guān)，不受流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度的影響。
漩渦流量計(jì)是利用流體力學(xué)中卡門渦街的原理制作的一種儀表，把一個(gè)非流線型的對(duì)稱形狀的物體(如圓往體、三角柱體、矩形柱體、六面柱體等，以下簡(jiǎn)稱漩渦發(fā)生體)垂直插在管道中，流體繞過(guò)漩渦發(fā)生體時(shí)，出現(xiàn)了附面層分離，在漩渦發(fā)生體的左右二側(cè)后方交替產(chǎn)生漩渦，形成渦列。左右兩例的漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種漩渦列通常被稱為卡門漩渦列，也稱卡門渦街。
流體經(jīng)過(guò)漩渦發(fā)生體強(qiáng)制形成漩渦，其中心沿管中心線向前移動(dòng)，進(jìn)入管的擴(kuò)大部分時(shí)，漩渦統(tǒng)檢測(cè)元件作螺旋運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)元件為熱敏電阻，每當(dāng)漩渦作用在該元件上時(shí)，使其溫度發(fā)生變化，此時(shí)熱敏電阻的阻值隨著漩渦的頻率而變化，通過(guò)電子線路將這個(gè)頻率處理成直流信號(hào)。經(jīng)流量顯示儀或調(diào)節(jié)儀顯示控制流量。
(六)靶式流量計(jì)基本原理
靶式流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，它與流量顯示儀及調(diào)節(jié)儀等儀表配合，能測(cè)量控制高粘度以及含顆?；蚋g性介質(zhì)的流量。
其工作原理是，當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)檢測(cè)元件時(shí)，流體作用于靶上的力與流體速度成正比，與流體流量的平方成反比，杠桿經(jīng)密封膜片將靶上的力送到力平衡變送器，經(jīng)變換器放大輸出直流信號(hào)。
(七)超聲波流量計(jì)基本原理
超聲波流量計(jì)是近代發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)量流量的儀表，在醫(yī)療、海洋觀測(cè)，河流等方面的測(cè)量得到了廣泛的應(yīng)用。只要能傳播超聲波的流體均可用超聲波流量計(jì)測(cè)量。該流量計(jì)也可測(cè)高粘度液體、非導(dǎo)電性或氣體的流量。超聲波測(cè)量流速的原理是：利用超聲波在流體中的傳播速度會(huì)隨被測(cè)流體流速而變化。在管道外側(cè)上下游處各設(shè)置探頭一個(gè)，利用流體傳播超聲波，采用時(shí)頻法測(cè)量流速（如圖9-15），經(jīng)變換后可顯示瞬時(shí)流量。
圖9-15 超聲波測(cè)速原理