流量儀表若干發展趨勢和應用進展

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流量儀表若干發展趨勢和應用進展

發展趨勢應用進展

 流量儀表若干發展趨勢和應用進展(節錄)

蔡武昌 (上海光華儀表廠 上海 200233)


摘要:本文論述流量測量儀表在多參數測量,低價普及化等發展趨勢以及幾種流量儀表應用方面的進展。

關鍵詞:流量儀表 發展趨勢 應用進展

一、 發展趨勢

1、 流量傳感器(trancduccer)的多參數測量
流量檢測元件或流量傳感元件(sensor)除感受流量外,還可能感受其他變量,并由此衍生其他功能,可簡化流程的檢測系統,減少儀表數量和連接管線,降低費用。流程管道開孔的減少降低潛在泄漏故障。
a. 里奧利質量流量計



b. 電磁流量計

非滿管電磁流量計在測量平均流速的同時還必須測量管內液體高度。利用兩勵磁繞組分別正向和反向串接,產生兩種不同磁場強度和磁場分布下測得的流速信號電勢,兩電勢之間的比值與液位高度有一定的函數關系。


c. 渦街流量計

渦街流量計旋渦發生體分離的旋渦頻率f正比于流速v(f= k1 v,k1為系數),同時感受與ρv2成正比的升力F(F=k2ρv2,ρ為流體密度,k2為系數)。以f除以F,在乘流通面積A,編可求得質量流量qm,即
qm=(F/f)A=(k2ρv2/k1v)A=kρvA
式中 k——儀表系數k=k2/k2。

d. 超聲流量計

超聲質量流量計試圖在傳播時間法超聲體積流量計的基礎上,在利用超聲測得第二參量液體聲阻抗和密度,演算后得質量流量。


2、配用第二參量檢測元件(或獨立的第二參量傳感器)組合測量質量流量或其他參量

a. 科里奧利質量流量計配用差壓變送器測量粘度
b. 渦街流量計配用差壓變送器測量質量流量
c. 氣體體積流量計內裝壓力/溫度傳感元件測量質量流量
d. 電磁流量計內裝溫度檢測元件修正體積溫度影響
日本山武公司最近推向市場的電磁流量計,就有電極內裝pt電阻溫度檢測件,以解決這類問題。

3、壓式儀表的差壓發生體和差壓變壓變送器一體化
將差壓變送器直接與噴嘴等節流裝置或均速管裝在一起,省略了在現場布引壓管線工程,改善動態特性,減少維護工作和故障率,降低初置費用和運行費用。據日本對1996~1997年間新建四家工廠的調查,所用近400臺差壓式流量儀表中,一體化直接安裝型儀表已占三分之一。

4、開發普及型儀表

適度降低測量精確度等性能,取消原為通用功能改為選擇功能以簡化儀表組成,設計成較窄應用范圍的儀表,從而降低價格擴大用戶面。

a. 科里奧利質量流量計設計普及型
科里奧利質量流量降低精確度(量程誤差從±0.2%左右降低到±0.5%),功能減少,實際普及型儀表。

b. 電磁流量計從流程工業轉向居住民用領域
降低電磁流量計測量精確度等性能,如基本誤差定位在±2%,設計成具有水表特點的電磁水表。在日本這類電磁式水表已納入日本水表標準。

c. 超聲家用燃氣表
國外民用計量天然氣價格低廉的超聲流量計以形成規模生產。平均價格約為流程工業用超聲流量計平均價格的1/30。


二、 應用進展

成熟儀表應用上受到限制的某一領域,在技術上有所突破后,開發出相適應的改進型儀表,使得在該領域有較快發展,下文討論幾種流量儀表應用領域的進展。
1、超聲流量計
近年超聲流量計應用于氣體(包括蒸汽)、儲存交接(custody transfer,常簡稱CT)和財貿核算、民用住宅天然氣消費計量三個領域有較大進展。

a. 氣體應用
當前國外能源開發,天然氣比石油發展快,促進了過去發展緩慢的氣體超聲流量計發展。有人估計工業用超聲流量計,當前已有近15%用于氣體。
近年還見到國外至少有3家制造廠向市場推出應用于蒸汽的超聲流量計,用一棒傳送聲速信號到遠離蒸汽的超生換能器,可測高達480℃的過熱蒸汽。

b. 進入儲存交接和財貿核算應用領域
超聲流量計采用多聲道測量(4~8聲道)技術和短管流量傳感器結構設計,并實流校準,測量精確度大幅的提高,液體用儀表精度等級有高達0.15級,氣體用儀表普遍為0.5級。今后必然將逐步替代有活動部件的儀表。
1999年北京已在進京高壓天然氣輸送管線上裝用超聲流量計,與原裝有的孔板差壓流量計對比,顯現出其優越的使用性能,得到各方面的認可。

c. 進入住宅天然氣消耗計量應用領域
90年中期國外超聲家用燃氣表已達到取代應用150余年的膜式煤氣表的規模。有人估計世界范圍近年銷售量已接近40萬臺/年。

2、電磁流量計

a. 非滿管電磁流量計
傳統電磁流量計只能測量滿管液體流量,非滿管電磁流量計應用于具有自由表面自然流的下水排放領域,并提高該領域的測量精確度。將傳統非滿管流或明渠流流量誤差從±(3~5)%FS降低到±(1~2)%FS。

b. 測量更低點導率的液體
現在可測量比傳統電磁流量計電導率閾值低2~3個數量級的液體,如以前不能測量的甘油、乙二醇等。除此之外,本類儀表幾乎不存在漿液噪生和流動噪聲,也不會產生電極表面效應形成的噪聲。襯里內表面覆蓋油脂等非導電層或結薄絕緣垢層也不會影響測量。

c. 低功耗和二線制電磁流量計有較快發展
二線制不需另外外接激磁回路,僅用4mADC電流提供儀表所需功率,通常僅數十毫瓦。低功耗電磁流量計使有可能采用干電池或太陽電池,更方便地將電磁流量計裝用于無市電供電的場所。

d. 二維(方向)電磁流速計和多測量點插入式電磁流量計
置于船體外部的船舶電磁航速儀是插入式電磁流量計的雛形。后來插入式電磁流量計在大中型管道中卻有較大發展,也有用于明渠,稱作電磁流速計(electromagnetic current meter)。但在河道流或水利試驗模型不僅要測量流速還要知道流速方向。二維電磁流速記又稱向量流速計,使電磁流量儀表族可以進入水文試驗應用領域。
此外插入式電磁流量計還參照勻速管的設計思路,在插入桿上置多套電磁流速測量單元,提高測量精度,使插入式電磁流是計在大管經應用處于有利地位。

3、熱式質量流量計

熱式質量流量計過去主要是熱分布式,應用于氣體小流量測量,較多應用于半導體工業,熱處理爐、分析儀器等氫、氧、氨等流量測量和控制以及閥門制造過程中測定泄漏量等。國外近年熱消散效應的侵入式和插入式熱式流量計應用與環境保護和流程工業大中型管道發展迅速。徑向分段排列多組檢測元件組成的檢測桿,較多以插入方式應用于HVAC(暖氣通風空調)工程大中型管道;還應用于鍋爐大管道進風量和煙道排氣量監測SO2和NOX排放總量。
微小液體質量熱式流量計雖然已有20余年歷史,但在工業上應用直到近幾年才較快發展,現在已有幾家制造廠生產多種型號熱分布式熱式流量計投入市場。當前主要應用于化學、石化、食品等流程工業實驗性裝置。例如:藥液配比系統中定流量配比控制,液化氣注入過程中液流測量和控制。


(節錄自《2000工業儀表與自動化學術會議論文集》2000年11月)

 

 

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