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电磁流量计安装使用注意事项 流量计技术指标

时间:2020-08-20    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

 为了使电磁流量计工作稳定可靠,在选择安装地点时应尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备,以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。
    电磁流量计的测量原理不依赖流量的特性,如果管路内有一定的湍流与漩涡产生在非测量区内则与测量无关。如果在测量区内有稳态的涡流则会影响测量的稳定性和测量的精度,这时可以增加前后直管段的长度、采用一个流量稳定器或减少测量点的截面以稳定流速分布。
    流量计可以水平和垂直安装,但是应该确保避免沉积物和气泡对测量电极的影响,电极轴向保持水平为好。垂直安装时,流体应自下而上流动。

                                                  水平垂直安装

  传感器不能安装在管道的*高位置,这个位置容易积聚气泡。


                                传感器不能安装在管道的*高位置
    确保流量传感器在测量时,管道中充满被测流体,不能出现非满管状态。如管道存在非满管或是出口有放空状态,传感器应安装在一根虹吸管上。


                                      确保满管安装
    电磁流量计的常规直管段要求是前10D后5D,在有弯管、阀门的情况分别有不同的要求。


                                 弯管、阀门和泵之间的安装

摘要:本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理,以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析,得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高,而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。
关键词:超声波流量计;时差法;多普勒;测流

1引言

近几年来,随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理,适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现,其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门,正日趋成为测流工作的工具。

2超声波流量计的测量原理

超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速,从而测出流量;多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。

2.1时差法测量原理

时差法测量流体流量的原理如图1所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。


图1超声波流量计测流原理图

设静止流体中声速为c,流体流动速度为v,把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成θ角,换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时,声波传播时间t1为:

从P2到P1逆流发射时,声波的传播时间t2为:

一般c>>v,则时差为:

单声道测试系统只适用于小型渠道水位和流速变化不大的场合。大型渠道水面宽、水深大,其流速纵横变化也较大,须采用多声道超声波测流才能获得准确的流量值,见图2。应用公式(5)、(6)可测得流量Q。

以上各式中:d为垂直于水流方向上两换能器之间水平投影的距离,为声道数,S为两声道之间的过水断面面积。


图2多声道超声波流量计测流原理图

2.2多普勒法测量原理

多普勒法测量原理,是依据声波中的多普勒效应,检测其多普勒频率差。超声波发生器为一固定声源,随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动,该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。入射声波与反射声波之间的频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流速,所以通过测量频率差就可以求得流速,进而可以得到流体流量,如图3。


图3多普勒超声波流量计测流原理图

当随流体以速度v运动的颗粒流向声波发生器时,颗粒接收到的声波频率f1为:

因此,声波接收器和发生器间的多普勒频移Δf为:

以上各式中:θ为声波方向与流体流速v之间的夹角,f0为声源的初始声波频率,c为声源在介质中的传播速度。若c>>vcosθ则

式(11)、(12)是按单个颗粒考虑时,测得的流体流速和流量。但对于实际含有大量粒群的水流,则应对所有频移信号进行统计处理。超声波多普勒流量计的换能器通常采用收发一体结构,见图4。换能器接收到的反射信号只能是发生器和接收器的两个指向性波束重叠区域内颗粒的反射波,这个重叠区域称为多普勒信号的信息窗。换能器所收到的信号就是由信息窗中所有流动悬浮颗粒的反射波的叠加,即信息窗内多普勒频移为反射波叠加的平均值。

平均多普勒频移Δ-f可以表示为:

式中Δ-f——信息窗内所有反射粒子的多普勒频移的平均值;
ΣNi——产生多普勒频移Δfi的粒子数;
Δfi——任一个悬浮粒子产生的多普勒频移。

由上可知,该流量计测得的多普勒频移信号仅反映了信息窗区域内的流体速度,因此要求信息窗应位于管渠内接近平均流速的部位,才能使其测量值反映管渠内流体的平均流速。


图4多普勒信息窗示意图

3超声波流量计的分类

3.1根据超声波声道结构类型可分为单声道和多声道超声波流量计

单声道超声波流量计是在被测管道或渠道上安装一对换能器构成一个超声波通道,应用比较多的换能器是外夹式和插入式。单声道超声波流量计结构简单、使用方便,但这种流量计对流态分布变化适应性差,测量精度不易控制,一般用于中小口径管道和对测量精度要求不高的渠道。多声道超声波是在被测管道或渠道上安装多对超声波换能器构成多个超声波通道,综合各声道测量结果求出流量。与单声道超声波流量计相比,多声道流量计对流态分布变化适应能力强,测量精度高,可用于大口径管道和流态分布复杂的管渠。

3.2根据超声波流量计适用的流道不同可分为管道流量计、管渠流量计和河流流量计

管道流量计一般是指用于有压管道的流量计,其中也包括有压的各种形状断面的涵洞,这种流量计一般是通过一个或多个声道测量流体中的流速,然后求得流量。用于管渠的超声波流量计除了要具有测流速的换能器以外,还需要有测水位的换能器,根据测得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量计一般含有多个测速换能器(由声道数决定)和一个测水位换能器。多数河流超声波流量计仅测流速和水位,而河流的过水流量由用户根据河床断面进行计算。

4应用研究

结合国家大型灌区信息化建设的研究内容,作者在昌乐县高崖水库灌区的北干渠上布设了4处监测站:其中徐家庙监测站渠底宽7.0m,水深1.0~2.0m,采用5声道明渠超声波流量计监测,见图5。山秦监测站将一段明渠改造为有压管道输水,管径是1.4m,采用单声道管道超声波流量计监测,见图6。在日照水库灌区总干渠上布设了6个测站,其中石咀监测站渠宽4m,水深1.5~2m,采用了多普勒超声波流量计进行监测,见图7。


图7石咀测站多普勒超声波流量计示意图

各测站采用高精度流速仪对所测的瞬时流量进行对比分析。通过比较和个别参数修订,各测站测出的瞬时流量稳定可靠,与流速仪测出的数据有很高的一致性。

5结束语

超声波测流技术以其测量精度高、实时性好的特点越来越得到重视。但因其价格高、专业性强、维护管理要求高使其应用推广较慢。随着国家对水利投入的加大和节水型社会的建设,该技术设备将很快成为主要测流手段而得到广泛的应用。

参考文献
〔1〕马树升.灌区水情无线数传实时监控的内容与方法〔J〕.山东农业大学学报,2003,(1):63-65
〔2〕 杨丰,杨俊清.多普勒法测流技术简介〔J〕.水文,2004,(2):58-59
〔3〕 廖志敏,熊珊.超声波流量计的研究和应用〔J〕.管道计术与设备,2004,(4):12-14
〔4〕 雷艳,范秀华.梯形渠道多声道超声波测流数学模型及计算方法〔J〕.武汉水利水电大学学报,1997,(1):11-16
常用流量计选型指南

  1.电磁流量计

  有一系列优良特性,可以解决其他流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

  优点:

  测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;

  不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;

  所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;

  流量范围大,口径范围宽

  可应用腐蚀性流体。

  缺点:

  (1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;

  (2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;

  (3)不能用于较高温度。应用概况:电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

  2.浮子流量计(转子流量计)

  浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围较为广泛的一类流量计,它可以用来测量液体、气体的流量,特别适宜低流速小口径、小流量的介质流量测量。

  3.涡街流量计(旋涡流量计)

  涡街流量计是属于较新的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。主要用于气体、液体、蒸气等测量。其特点是压力损失小,量程范围大,温度高。在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。但对现场震动比较敏感。

  优点:

  (1)结构简单牢固;

  (2)适用流体种类多;

  (3)精度较高;

  (4)范围度宽;

  (5)压损小。

  缺点:

  (1)需较长直管段;

  (2)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);

  (3)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验

  4.热式质量流量计

  热式质量流量计可以直接测量质量流量与气体温度。在考虑了气体的标准密度,可以显示标准体积流量,无需额外的压力与温度补偿

  优点

  (1)球阀安装,安装拆卸方便。并可以带压安装。

  (2)基于金氏定律,直接测量质量流量。测量值不受压力和温度影响。

  (3)响应迅速。

  (4)量程范围大,管道式安装最小可以测量8.8mm管道的流量,最大可以测到762mm(5)插入式类型的流量计,一支流量计可以用于测量多种管径。

  缺点

  (1)精度不及其他类型流量计,一般为3%。

  (2)适用范围窄,只能用于测量干燥的非爆炸性的气体,如压缩空气、氮气、氩气及其他中性气体。

  5.涡轮流量计

  涡轮流量计广泛应用于以下一些测量对象:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。其特点是精度高、稳定性好。

  优点:

  (1)高精度,

  (2)重复性好;

  (3)无零点漂移,抗干扰能力好;

  (4)范围度宽;

  (5)结构紧凑。

  缺点:

  (1)不能长期保持校准特性;

  (2)流体物性对流量特性有较大影响。

  6.椭圆齿轮流量计

  椭圆齿轮流量计是容积式流量计的一种,用于精密的连续或间断的测量管道中液体的流量或瞬时流量.它特别适合于重油、聚乙烯醇、树脂等粘度较高介质的流量测量。流量测量与流体的流动状态无关,这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压力推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。粘度愈大的介质,从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此检测介质的粘度愈大,泄漏误差愈小,对测量愈有利。

  优点:

  (1)精度高

  (2)适用于高粘度介质流量的测量.

  缺点:

  (1)不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死,以致无法测量流量)

  (2)不适于测量气体

  (3)不适于测量腐蚀性介质

  7.超声波流量计

  超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。适于大口径、低压场合应用,介质温度不能高于110度,有杂质、有颗粒、泡沫多的介质不宜用普通超声波流量计测量.

  优点:

  (1)可做非接触式测量;

  (2)为无流动阻挠测量,无压力损失;

  (3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

  缺点:

  (1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;

  (2)多普勒法测量精度不高。

  应用概况:

  (1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、液化天然气等;

  (2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

  (3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

  8.靶式流量计

  靶式流量计是进行高粘度、低雷诺数流体流量测量的一种通用性较强的新型流量测量仪表。它除了适用于一般的气体、液体以及蒸汽的流量测量外,还适用于浆液介质、悬浮颗粒介质、易结晶凝结介质、脏污沉淀介质、腐蚀性介质以及高粘度介质。诸如重油、沥清、矿浆、焦油、淬火油、有机酸、非导电流体等等,同时还具有一定的抗脉动流的能力。靶式流量计与其它流量计相比较,更具独特的优点:结构简单,安装维护方便,价格低廉,在检测过程中不易堵塞和堆积脏污物。和节流装置相比较,可省去导压管、冷凝器、集气器、沉降器、隔离器、及喷吹系统等,减少了运行维护量。靶式流量变送器用实际介质标定时,准确度可达1%,具有灵敏度高,测量范围宽等特点,口径系列为(15~200)mm,测量介质为水时,其测量范围为(0.8~400)m3/h。

  优点:

  (1)适用于低速测量,测量小流量时对外界的震动干扰不敏感

  (2)耐500度高温,可测量高温介质

  (3)测量精度高,重复性好,精度可达千分之二

  (4)在大部分情况下,可以测量高粘度流体,其对流体的粘度变化不敏感

  (5)不怕管道杂质影响,不怕堵塞

  (6)压力损失较小,只有传统孔板的六分之一,小于涡街,节能效果明显

  缺点:

  (1)流量系数没有现成的图表或公式可查,回零检查要切断流量,所以要装旁路管线,但在做控制用时,在直管段允许的情况下,可以和控制阀合用一套旁路管线。

  (2)流量系数不够稳定,受介质的粘度、密度影响较大,特别在测高粘度流体时,由于流体的粘性会使管壁和靶的周边涂上一层流体,从而影响靶的流通面积和流量系数。

  (3)不能测含有粉质的介质,粉质老卡在靶根发生,没流量时还有仪表指示。

  9.威力巴流量计

  威力巴是运用差压式的工作原理设计生产的一种新型插入式流量测量仪表,由一体化威力巴传感器差压变送器和积算仪等组成流量测量系统,也可与控制系统或计算机联网,进行流体流量测量与控制。威力巴传感器集中地反映均速管流量传感器的较新研究成果。传感器形状如子弹头,符合流体动力学原理,能产生精确、稳定的差压信号,强度高、不渗漏、防堵塞。具有测量精度高、可靠性、稳定性好等优点。可测量气体、液体、蒸汽和腐蚀性介质等多种流体,适应各种尺寸的管道,应用于高温高压的场合。

  优点:

  (1)适用于低速测量,测量小流量时对外界的震动干扰不敏感

  (2)耐500度高温,可测量高温介质

  (3)测量精度高,重复性好,精度可达千分之二

  (4)在大部分情况下,可以测量高粘度流体,其对流体的粘度变化不敏感

  (5)不怕管道杂质影响,不怕堵塞

  (6)压力损失较小,只有传统孔板的六分之一,小于涡街,节能效果明显

  缺点:

  (1)测量有介质容易发生堵塞,如含沙的污水、含粉尘的气体。

  (2)介质中含有大量的焦油、藻类生物,或者含有纤维状的物质,也有可能造成探头的堵塞。总之,没有一种测量方式或流量计对各种流体及现场都能适应的.不同的测量方式和结构,要求不同的测量操作、使用方法和使用条件.每种型式都有它特有的优缺点。因此,应在对各种测量方式和仪表特性作全面比较的基础上选择适于生产要求的,既安生可靠又经济耐用的较佳型式。

标签: 流量计
流量计标签: 常用流量计选型指南_流量计组合标题:

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