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精信測器

 

3.4 微小流量的測量

小流量測量分兩種情況:一種是以較高的精確度測量流過細小管道的氣體、液體;另一種是測量流動非常緩慢的流體的流量。

  關于微小流量的范圍,目前還不能確定量地給出,本章所說的微小流量,是人們一般認為的微小流量范圍[30]。

3.4.1  幾種在微小流量測量中應用的流量計

   適合用來測量微小的常用流量計有多種,例如差壓式、浮子式、容積式、熱式等,其中有些流量計既適合測量中大流量,也適合測量微小流量,而另一些專門為測量微小流量而設計。

  (1)差壓式流量計   由標準節流裝置和差壓式組成的差壓式流量計,在小流量測量中受到三方面的限制[30]。

   第一個限值是雷諾數下限的限制。節流裝置種類不同,其雷諾數下限也不同,就一般而言,雷諾數≥104是可以使用的界限。與此雷諾數下限相對應的平均流速和流量即為小流量的測量下限。雷諾數太小,流出系數會隨雷諾數的變化而產生顯著的變化,以致不確定度增大。

  第二個限制是管徑的大小。標準節流裝置適用于50mm和50mm以上管徑。管徑太小時,節流裝置直徑相應變小,按標準中規定的形狀進行相似加工發生困難。

  第三個限制是差壓太小。此差壓同流速的平方成正比,當流速低到一定數值,差壓就變得很小,以致無法分辨。

針對上述的三個限制,有些儀表公司開發了僅適合微小流量測量的內藏孔板差壓式流量計。這種流量計同由標準節流裝置為傳感器的流量計在下面幾點有顯著的差別。第一個差別是結構上,前者是傳感器與變送器合為一體,其典型的結構如圖3.54所示,而后者是傳感器與變送器相分離。

圖3.54內藏孔板差壓流量變送器

第二個差別是管徑,前者適用的管徑均小于50mm,典型的管道內徑為10mm和20mm。由于管徑縮小,流速以及同流速相關的雷諾數得以提高,因而能得到較高的差壓。所以內藏孔板流量計彌補了標準節流裝置型差壓式流量計不適合測量小流量的不足。

  第三個差別是保證精確度的手段。前者是用實流標定的方法來保證測量精確度的,經過實流標定能得到1級(水)或1.5級(空氣)精確度,如果實流標定后用合適的方法對誤差進行自動校正,則可得到0.5級(水)和1級(空氣)精確度。如果不經實流標定,只能得到5級準確度。圖3.55和圖3.56所示是一臺內藏孔板流量計標定得到的誤差以及校正曲線。

圖3.55典型誤差曲線                           圖3.56典型校正曲線

現在,差壓變送器多數已實現智能化,這為內藏孔板流量計改變量程提供了便捷的手段。內藏孔板流量計在調試和運行中,如果發現原先確定的滿度流量值不合適,可將流量滿度值擴大或縮小一擋,然后安差壓同流量的關系計算新的差壓上限,如式(3.91)所示。

                                          (3.91)

式中  qmax、 ——原有流量上限和新的流量上限,kg/h;

、 ——原有差壓上限和新的差壓上限,Pa。

用手持終端將差壓變送器的差壓上限重新設置后,流量計的精確度不會有明顯得變化。

內藏孔板流量計只適合安裝在水平管道上,因為差壓變送器偏離水平位置后,其兩個膜盒所受的重力變得不對稱,因而出現零點漂移。好在這種流量計由于管徑小,儀表前后直管段絕對長度要求相應較短,所以水平安裝不會給配管帶來太大的困難。

內藏孔板流量計的結構常見的有兩種,一種是流體流過差壓變送器高低壓室,如圖3.57所示。另一種是流體不流過差壓變送器高低壓室,如圖3.58所示。

圖3.57內藏孔板結構之一                         圖3.58內藏孔板結構之二

對于前面一種結構,流過差壓式高低壓室的流量同流過節流的流量相等,當流量近似等于0時,流速很低,流體流過高壓室和低壓室所產生的壓降可忽略,因此,差壓變送器測量到的差壓同節流件兩端的永久壓將相等。但當流量增大,流速升高到一定數值時,流過高壓室的壓降相應增大,差壓變送器測量到的差壓明顯高于節流件兩端壓降,從而產生相應的測量誤差,F在市場上的差壓變送器體積做得越來越小,高低壓室內膜盒與殼體之間的間隙做得更小,這就使得該結構的缺陷更為突出。而圖3.58所示的結構完全不存在此問題。

內藏孔板流量計安裝時應防止可能出現的冷凝液和氣體在高低壓室中的聚集,即測量氣體流量時,高低壓室應高于節流件(如圖3.59所示),以免可能存在的冷凝液流入高低壓室。測量液體流量時,高低壓室低于節流件,以免可能存在的氣體鉆入高低壓室。

(a)被測介質為氣體                                  (b)被測介質為液體

                     圖3.59內藏孔板流量計安裝方位

                1-差壓變送器高低壓室空腔;2-節流件

(2)浮子流量計  浮子流量計主要由浮子和錐形管組成。玻璃管浮子流量計中的錐管為玻璃管;金屬管浮子流量計的錐形管用金屬制成,流體溫度可達180℃,流體壓力達13MPa。

小口徑浮子流量計的流量測量范圍已經可以做得很小,其中水為0.3~3L/h,空氣為5~50L/h。環境保護中用得很多的大氣采樣器,流程在線分析儀器和實驗室分析儀器等普遍使用的微型玻璃浮子流量計,其測量范圍可更小。

浮子流量計屬中低精確度儀表,金屬浮子流量計的基本誤差,就地指示型為1%~2.5%FS,遠傳型為1%~4%FS;小口徑玻璃管浮子流量計為2.5%~5%FS。因此,一般只適用于流量監視,而不用于核算計量。

玻璃管浮子流量計只適用于氣體和透明度較高的液體,否則浮子在錐形管中的高度不易看清。而金屬管浮子流量計卻無此限制。

在工業過程的液位、流量、密度測量中,被測介質如果黏度較大或有腐蝕性。常用吹氣或吹液的方法進行隔離,吹氣、吹液流量常用浮子流量計測量。在氣(液)源壓力波動較大或被測介質壓力波動較大的場合,為了使吹氣、吹液的流量穩定和準確地測量,有的產品將浮子流量計與調節器(恒流器)配成一套恒差壓流量調節器。圖3.60(a)所示的RE型用于穩定入口氣體或液體壓力變化,保證指示和輸出流量穩定。圖3.60(b)為RA型,用于穩定出口壓力變化,只用于氣體。圖3.61(a)為RE型儀表輸出流量隨入口壓力變化曲線;圖3.61(b)為RA型儀表輸出隨出口壓力變化曲線。而輸出流量的大小則可通過浮子流量計所帶的閥門設定。

入口壓力調節器RE                               出口壓力調節器RA

例:入口壓力變化≤0.5MPa                        例:入口壓力變化0.3MPa,

                                                 出口壓力≤0.3MPa

空氣20℃,0.1013MPa(絕壓)                  空氣20℃,0.1013MPa(絕壓)

qv=流量                                         qv=流量

     圖3.60浮子流量計配用的壓力調節器

圖3.61壓力調節器特性曲線

 

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