氣體流量計的種類(lèi)及工作原理

一、旋進(jìn)旋渦流量計產(chǎn)品特點(diǎn)、用途和適用范圍

很高興您購買(mǎi)本款智能旋進(jìn)旋渦流量計，該流量計是我公司通過(guò)多年實(shí)踐和學(xué)習國外先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)研制的具有領(lǐng)先水平的新型氣體流量?jì)x表。該流量計可集流量、溫度、壓力檢測功能于一體，并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動(dòng)補償，并且具有較強的抗震動(dòng)和抗干擾能力，高精度和高重復性,是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)用于氣體計量的理想儀表。

1.1 產(chǎn)品主要特點(diǎn)

1.無(wú)機械可動(dòng)部件，不易腐蝕，穩定可靠，壽命長(cháng)，長(cháng)期運行無(wú)須特殊維護；

2.采用 16 位計算機芯片，集成度高，體積小，性能好，整機功能強；

3.智能型流量計集流量探頭、微處理器、壓力、溫度傳感器于一體, 采取內置式組合,使結構更加緊湊，可直接測量流體的流量、壓力和溫度，并自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤補償和壓縮因子修正；

4.采用雙探頭檢測技術(shù)及新型傳感器處理技術(shù)、合理的安裝方式，大大地提高信號強度，使傳感器能準確地檢測出信號，并抑制由管線(xiàn)振動(dòng)引起的干擾；

5.采用國內領(lǐng)先的智能抗震技術(shù)，有效的抑制了震動(dòng)和壓力波動(dòng)造成的干擾信號；

6.采用漢字點(diǎn)陣顯示屏，顯示位數多，讀數直觀(guān)方便，可直接顯示工作狀態(tài)下的體積流量、標準狀態(tài)下的體積流量、總量，以及介質(zhì)壓力、溫度等參數；

7.轉換器可輸出頻率脈沖、4～20mA 模擬信號，并具有 RS485 接口，可直接與計算機聯(lián)網(wǎng)，傳輸距離可達 1.2km；

8.多物理量參數報警輸出，可由用戶(hù)任選其中之一；

9.壓力、溫度信號為傳感器輸入方式，互換性強；

10.整機功耗低，可用內置電池供電，也可外接電源。

 

1.2 主要用途

智能旋進(jìn)旋渦流量計可廣泛應用于石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業(yè)測量各種氣體流量，是目前油田和城市天然氣輸配計量和貿易計量的首選產(chǎn)品。

 

二、旋進(jìn)旋渦流量計結構與工作原理

2.1 流量計結構

旋進(jìn)旋渦流量計結構緊湊，主要由殼體、旋渦發(fā)生體、傳感器（溫度、壓力、流量）、整流器和積算儀構成。

1.旋渦發(fā)生體：用鋁合金制成，具有一定角度的螺旋葉片，它固定在殼體收縮段前部，強迫流體產(chǎn)生強烈的旋渦流。

⒉殼體：本身帶有法蘭，并有一定形狀的流體通道，根據不同的工作壓力，殼體材料可采用鑄鋁合金或不銹鋼。

⒊智能流量計積算儀：由溫度、壓力檢測模擬通道、流量檢測數字通道以及微處理單元、液晶驅動(dòng)電路和其它輔助電路組成，并配有外輸信號接口。

4.溫度傳感器：以 Pt100/pt1000 鉑電阻為溫度敏感元件，在一定溫度范圍內，其電阻值與溫度成對應關(guān)系。

5.壓力傳感器：以壓阻式擴散硅橋路為敏感元件，其橋臂電阻在外界壓力作用下會(huì )發(fā)生預期變化，因此在一定激勵電流作用下，其兩個(gè)輸出端的電位差與外界壓力成正比。

6.流量傳感器：安裝在靠近殼體擴張段的喉部，可檢測出旋渦進(jìn)動(dòng)的頻率信號。

7.整流器：固定在殼體出口段，其作用是消除旋渦流，以減小對下游儀表性能的影響。

 

2.2 工作原理

流量傳感器的流通剖面類(lèi)似文丘利管的型式（如圖 2）。在入口側安放一組螺旋型導流葉片，當流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)，導流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當流體進(jìn)入擴散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開(kāi)始作二次旋轉，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現象。該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測元件測得流體二次旋轉進(jìn)動(dòng)頻率就能在較寬的流量范圍內獲得良好的線(xiàn)性度。信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉換為與流速成正比的脈沖信號，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，最后在液晶顯示屏上顯示出測量結果(瞬時(shí)流量、累積流量及溫度、壓力數據)。積算儀原理框圖如圖 3 所示。

2.3 流量積算儀工作原理

流量積算儀由溫度和壓力檢測模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成，并配有外輸出信號接口，輸出各種信號。流量計中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補償，并動(dòng)進(jìn)行壓縮因子修正，氣態(tài)方程如下：

QN——標況下的體積流量(Nm3/h)；

QV——工況下的體積流量(m3/h)；

Pa——當地大氣壓力（KPa）；

P ——流量計取壓孔測量的表壓（KPa）；

PN——標準狀態(tài)下的大氣壓力（101.325 KPa）；

TN——標準狀態(tài)下的絕對溫度（293.15K）；

T ——被測流體的絕對溫度（K）；

ZN——氣體在標況下的壓縮系數；

Z ——氣體在工況下的壓縮系數；

注：當用鐘罩或負壓標定時(shí)取 ZN/Z=1，對天然氣(ZN/Z)1/2=FZ為超壓縮因子。按中國石油天然氣總公司的標準 SY／T6143－1996 中的公式計算。

 

一、錐形流量計介紹

1、綜述

錐形流量計是一種新型的可精確測量各種雷諾數的高精度流量計，可滿(mǎn)足各種介質(zhì)的應用條件要求其操作原理同其它各種類(lèi)型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，錐形流量計由于具有獨一無(wú)二的設計結構，因而性能更優(yōu)。

錐形流量計是在管道中心處懸掛一錐形節流件，錐形件阻礙介質(zhì)的流動(dòng)，重塑流速曲線(xiàn)，在錐形性的下游可立即形成低壓區，管道上游的正壓同經(jīng)節流件節流后的下游的負壓之間有一差壓，將正、負壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負壓口位于椎體的末端，通過(guò)測量?jì)烧咧g差壓，根據伯努利方程即可計算出管道中的流量，椎體位于管線(xiàn)中心，可對所測介質(zhì)的流速曲線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，因此測量精度高，對儀表上、下游的直管段要求低。

錐形流量計可測量各種工況（溫度和壓力）條件下的氣相、混合氣相、液相、多相液體、氣液兩相（濕氣、液相質(zhì)量比≤5%）、粉末、高粘度、高流速、臟污、含有固體懸浮顆粒的液相、溶液振動(dòng)、電磁干擾等介質(zhì)的流量。流體的條件可從深低溫到超臨界狀態(tài)。工作溫度最高850℃，最大壓力42.0MPa。若用特殊結構材質(zhì)，溫度壓力還可以更高?？蓽y量最高雷諾數500萬(wàn)，最低雷諾數8000甚至更低。產(chǎn)生滿(mǎn)刻度差壓信號從最低小于0.1千帕到最高幾十千帕。

法蘭取壓型錐形流量計（VF），采用實(shí)心椎體截流體，并在管壁用法蘭取壓，配上遠傳差壓變送器，可有效防止取壓口的堵塞，適合于含有固體顆粒粉塵介質(zhì)、高粘度液體及臟污介質(zhì)。

2、工作原理

錐形流量計是一種差壓型的流量?jì)x表。以差壓原理設計的流量?jì)x表已經(jīng)有了一百多年的應用歷史了，差壓型流量計是基于密封管道中的能量轉換原理，也就是說(shuō)對于穩定流體，管道壓力與管道中的介質(zhì)流速的平方根成反比：速度增加壓力會(huì )下降，當介質(zhì)接近椎體時(shí)，其壓力為P1，在介質(zhì)通過(guò)椎體的節流區時(shí)，速度會(huì )增加壓力會(huì )降低為P2，如圖1所示，P1和P2都通過(guò)錐形流量計的取壓口引到后接差壓變送器上，流速發(fā)生變化時(shí)，錐形流量計的兩個(gè)取壓口之間的差壓值會(huì )增大或縮小。當流速相同時(shí)，若節流面積大，則產(chǎn)生的差壓值也大，β值等于錐體的節流面積除以管道內徑的截面積（可換算成兩者之間的直徑比）。

 

3、主要計算公式：

錐體的外形是通過(guò)多年的連續試驗、評估和改進(jìn)后得出的，是此類(lèi)流量計的最佳外形。能在不同的工況中使用。我們可以借助管道流速曲線(xiàn)來(lái)理解錐形流量計的性能。如果介質(zhì)通過(guò)一個(gè)很長(cháng)的管道，而且在管道中沒(méi)有受到任何阻礙和干擾，那它的流速分布將很均勻?？拷鼙诘牧魉賻缀鯙榱?，而管道中心的流速將達到最大。（如圖2）當我們將錐體懸掛在管線(xiàn)中心時(shí)，錐體將直接同流體的高速區接角，迫使高速區的流體同近管壁低速區的流體混合從而使流速均勻化，這樣測出流體的流速更加準確。

在現實(shí)工況中，流速是很難分布均勻的，很多情況都會(huì )造成流體分布的不均勻。管道上的任何變化都可能對流體造成影響：如彎頭、閥門(mén)、縮徑、擴徑、泵、三通等等。而錐形流量計利用錐體對流速分布曲線(xiàn)進(jìn)行重新塑造（如圖3），經(jīng)過(guò)錐體“整流”后的流體分布趨于均勻，可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測量精度。這樣使得錐形流量計的應用范圍更加寬闊。

上游干擾造成流速曲線(xiàn)不規格