流量計:蒸汽流量計|污水流量計|明渠式流量計|電磁流量計|靶式流量計|渦街|渦輪|流量積算儀

精信測器

 

3.4 微小流量的測量(續1)

這種穩壓器壓力等級為2.5MPa,特殊訂貨可達6.4MPa;介質最高溫度為80℃,特殊訂貨可達100℃。

   小口徑浮子流量計,流體黏度對示值影響較明顯,研究者以水做實驗,當水溫從5℃升到40℃,即水的運動黏度從1.52 10-6m2/s下降到0.66 10-6m2/s,DN6儀表就有1%/℃左右的影響值。對于黏度較高的液體,影響更大。

金屬管浮子流量計的浮子多半帶有磁性,經磁性耦合部分將浮子在錐形管內的高度信號傳遞到錐形管外。在鋼管中流動的流體多少要夾帶一些鐵磁雜質,這些雜質在流過流量計時極易被浮子吸引,輕者導致示值變差增大,總則導致浮子卡滯,出現虛假指示。應在儀表前加裝磁性過濾器。圖3.62所示的磁性過濾器中裝有以螺旋方式排列的磁棒,每根磁棒的外面均包有PTFE聚四氟乙烯,具有良好的耐腐蝕性。這種過濾器的壓力損失很小。

圖3.62磁性過濾器

  浮子在錐形管中上下移動,其任意一個高度都對應一個環形流通面積,但當浮子表面和錐形管內壁粘有污垢時,這個環形流通面積就有所變小,儀表示值有偏高趨勢,對于小口徑儀表尤為明顯。有的研究者做過實驗,將口徑為6mm的玻璃管浮子流量計,在實驗室中測量看似清潔的水,流量為2.5L/h,運行24h后,流量示值升高百分之幾,浮子表面黏附肉眼觀察不到的異物,取出浮子用紗布擦拭,即恢復原來的流量示值。

  (3)容積式流量計  容積式小口徑流量計有比較高的準確度,測量下限也可做得很小,例如KEROMATE-RN型橢圓齒輪流量計(微流量燃料油流量計)測量范圍為0.1~10L/h,瞬時流量>1L/h后,基本誤差不大于±1%R。容積式流量計保證精確度的流量下限還與流體的黏度有關,黏度小的流體,從機構的縫隙中泄漏的量相應大一些,因此保證精確度的下限流量只能定得高一些,反之,則可定得低一些。

   新型的容積式流量計也已經引入了計算機技術,儀表自帶單片機,完成流量系數整量化,瞬時流量計算,積分運算,瞬時流量和累積流量的就地顯示等,內置兩節鋰電池,可供儀表運行8年。儀表的OC門輸出口靠儀表外部提供的電源工作,可輸出經整量化的幅值足夠大的脈沖信號(例如小口徑儀表流量系數取100P/L),遠傳到1km以內的控制室或操作站,供記錄、調節等使用。圖3.63所示即為這種儀表的遠傳信號輸出級。

圖3.63容積式流量計遠傳信號輸出級

  容積式流量計按其原理分有橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、旋轉活塞式流量計等多種,但是小口徑容積式流量計有個共同要求,即儀表前面足夠近的地方要加裝過濾器,而且儀表口徑越小,過濾網的目數越高。例如,25~50mm口徑需(每25.4mm長度)60目過濾網,20mm口徑需(每25.4mm長度)80目,不大于15mm口徑需(每25.4mm長度)200目等。有的微小流量容積式流量計出廠時就配有一只過濾器,如圖3.64所示。

圖3.64帶過濾器的微小流量容積式流量計

  (4)熱式流量計 用于微小流量測量的熱式流量計是一種直接式質量流量計。是利用傳熱原理測量流量的儀表,即流動中的流體與熱源(流體中外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。

  熱式流量計用得最多的有兩類,一類是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(thermal profile flowmeter),曾稱量熱式流量計;另一類是利用熱消散(冷卻)效應的金氏定律(King′s law)熱式流量計。

圖3.65熱分布式熱式流量計工作原理

1、3-感溫元件;2-加熱器;3-放大器

圖3.65所示為熱分布式流量計原理。流量傳感器由細長的測量管和繞在其外壁上的加熱器及感溫元件組成,加熱器線圈布置在測量管的中央,它將管壁和管內的流體加熱,在加熱線圈兩邊對稱位置饒有兩個感溫熱電阻R1和R2,測量與加熱線圈對稱的上、下游處管壁的溫度T1、T2 。R1、R2與另外兩個電阻R3、R4 組成惠斯登電橋,以測量溫差 。加熱器提供恒定的熱量,通過線圈絕緣層、管壁、流體邊界傳導熱量給管內流體。邊界層內熱量的傳遞可以看作熱傳導方式實現的。在流量為零時,測量管上的溫度分布如圖中的虛線所示,相對于測量管中心的上、下游是對稱的,電橋處于平衡狀態;當流體流動時,流體將上游的部分熱量帶給下游,導致溫度分布變化如實線所示。由電橋測出兩感溫體的平均溫差 T,便可按式(3.92)導出質量流量qm,即

          qm=K                                                (3.92)

式中A——感溫元件周圍環境熱交換系統間的熱傳導系數;

cp——被測氣體的比定壓熱容;

K——儀表系數。

由于測量管壁很薄且具有相對較高的熱導率,因此儀表制成后A的變化可簡化認為主要是流體邊界熱導率的變化,當適用于某一特定范圍的流體時,A和cp都可視為常數,則質量流量僅與溫差 T成正比。

為了獲得良好的線性輸出,必須保持層流流動,測量管制得細而長,即有很大的長徑比。

此種氣體質量流量計是假定氣體的比定壓熱容cp為恒定值。實際上,對于一定的氣體,比定壓熱溶cp值與氣體的壓力無關,而在一定的溫度范圍內,受溫度的影響很小。但當被測氣體是混合氣體時,比定壓熱容的值將隨組分比發生變化,以致在實際使用時,當被測氣體的組成發生變化時,會帶來顯著的測量誤差,必須進行校正,詳見參考文獻[6]。

按照熱式質量流量計的原理,有的公司也推出了適用于液體微小流量測量的熱式質量流量計。圖3.66所示為5882/5892型液體質量流量計的實際功能圖。

圖3.66   5882/5892型液體質量流量計功能圖

其測量范圍有0~200g/h和0~1000g/h(用水標定)兩種。流體黏度允許高達200mPa·s(儀表最大差壓4MPa)。流量測量精確度為±0.5%FS。在特殊設計的傳感器中,流體在測量管內流動,測量管中點溫度T4被控制在比進口溫度T3高20℃的恒定值,熱量是垂直于管道軸線方向傳送給流體。這一點同適用于氣體的熱式流量計恰恰相反。在區域1和區域2,流體分別被輕微地加熱和冷卻,流體溫度從T2變化到T1,建立了垂直于測量管的能量流,該能量流經溫度傳感器測量,其溫度差值 與質量呈精確的線性關系。

適用于氣體的熱式流量計與包含阻流件的大管道配合,可以很容易地擴大測量范圍。適用于液體的熱式流量計卻不能,因為流體黏度變化、氣泡、熱對流和安裝位置等都會直接影響其運行和性能。

5882/5892型儀表還具有控制功能,在其“SETPOINT”口輸入代表設定流量的4~20mADC,質量流量就會跟蹤該路信號,從而實現流量定值調節。

 

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