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流量计量基础知识系列讲座第二讲流量计的原理介绍

  • 发布日期:2016/10/25 15:46:00 阅读次数:1705
  • 容积式流量计又称为定排量流量计,一般包括腰轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、椭圆齿轮流量计、旋转活塞流量计和膜式燃气表等。

    1.腰轮流量计

    (1)原理

    腰轮流量计内部有一个具有一定容积的计量“斗”空间,该空间一般是由流量计内的运动部件和其外壳构成的,不同的“斗”空间类型就形成了不同的腰轮流量计。当流体流过流量计时,流量计的进口和出口之间产生一个压力差(压力损失),在这个压力差的作用下,使流量计内的运动部件不断运动,将流体一次次充满计量“斗”空间并从进口送到出口。预先求出其空间的体积,测量出运动部件的运动次数,从而求出流过的流体体积。根据每单位时间内测得的运动部件的运动次数,可以求出流体的流量。

    (2)特点

    ①多用于对各种清洁流体的流量测量,一般不受流体流动状态的影响,也不受雷诺数大小的限制,准确度高,可达0.1级~2.5级。

    ②量程比较宽。一般的流量计量程比为10∶130∶1,可能还更宽,当高准确度测量时量程比会有所降低。

    ③安装管道条件对流量计计量准确度没有影响。由于腰轮流量计在使用中,对上游流动状态变化不敏感,所以流量计前后一般不需要直管段。

    ④一般带有温度、压力自动补偿的一体化智能型腰轮流量计具有自动体积转换、压缩因子修正、标态总量显示输出的功能。

    ⑤工作压力最高达1.0MPa,工作温度可达80℃。口径为(25~400)mm,流量范围为(0.02~3500)m3/h。由于其机械结构较复杂,大口径流量计体积庞大笨重,所以只适用于中小口径场合。

    2.刮板式流量计

    (1)原理

    刮板式流量计主要由流量计主体、连接部分和表头(指示器)组成。一般来说,这种流量计的转子上装有两对可以径向内外滑动的刮板,转子在流量计进、出口差压作用下转动,每转动1周排出4份“计量空间”的流体体积。与前面所讲的椭圆齿轮流量计相同,只要测出转动次数,就可以计算出排出流体的体积量。

    (2)特点

    ①由于流量计是直接根据体积进行流量测量的,影响测量准确度的因素较少,所以其测量准确度较高,其示值误差一般为±0.1%~±0.5%。在其结构设计上机械摩擦小,压力损失也比较小,比如在最大流量测量时,压力损失一般不超过30kPa。

    ②适应性强,刮板不易磨损,能承受较高压力。对于不同黏度以及带有细颗粒杂质的液体,均能保证准确的计量。适用于轻油和原油的流量计量及作为原油贸易交接结算仪表。

    ③单壳体结构简单,重量轻;双壳体结构不受管道热胀及压力的影响,变形量小。安装方便,运行平稳、无震动、噪声小。

    ④流量计可选用机械计数表头实现就地指示,也可配备脉冲发讯器或智能仪表实现远传。

    3.双转子流量计

    (1)原理

    双转子流量计的基型结构由测量室和转子、外壳、误差调整器、计数器以及自动压力润滑系统(以下简称“APL系统”)等组成。转子的结构分为两种形式:一种为标准结构;另一种为轴向结构。流量测量是在测量室内进行的,双转子流量计的工作原理是在流体差压的作用下,转子产生旋转运动,转动时转子把从流量计的入口流入测量室内的被测液体分割成已知体积的“螺旋状液块”,随着转子的转动,这些“液块”经过计数机构计数后被排出测量室,最后由流量计出口排出。液体流量与转子的转数成正比,转子的转数通过传动齿轮系统传送到计数器显示流体流量。

    (2)特点

    ①双转子流量计多用于管道中液体流量连续或间断测量和控制的仪表。它具有量程范围大、准确度高、压力损失小、黏度适应性强、运转平稳无脉动、安装简易等优点。适用于原油、高凝油、高含水原油、石油制品,以及化工、化纤、交通、商贸、食品、医药卫生、科研和军事工业中流量的计量。

    ②双转子流量计还可现场指示累积流量、瞬时流量、单次流量等,亦可输出脉冲信号、(420)mA或(15)V模拟信号、(420)mA+HART、MODBUS、支持RS232、RS485通信等。

    ③双转子流量计准确度等级有0.1级、0.2级、0.5级。工作液体温度范围可以达到-29℃~+232℃。适用于石油、化工及各种工业液体的计量,工作液体的黏度达1000Pa·S以上。

    4.椭圆齿轮流量计(1)原理椭圆齿轮流量计的机械测量部分是壳体和装在壳体内的一对相互啮合的椭圆齿轮,它们与盖板构成一个密闭的流体计量空间,流体的进出口分别位于两个椭圆齿轮轴线构成平面的两侧壳体上,下方齿轮在两侧压力差的作用下,产生逆时针方向旋转,为主动轮;上方齿轮因两侧压力相等,不产生旋转力矩,是从动轮,由下方齿轮带动,顺时针方向旋转。流体进入流量计时,进出口压力差p(p=p1-p2)的存在,使得椭圆齿轮受到力矩的作用而转动。

    (2)特点

    ①由于该流量计是借助于固定的容积计量流量的,与流体的流动状态及黏度无关。但是,黏度变化会引起泄漏量的变化,泄漏量过大将影响测量准确度。

    ②只要保证加工准确度和各运动部件的紧密配合,保证使用中不腐蚀和磨损,即可得到很高的测量准确度,一般情况下为0.5%~1%,较好时可达0.2%。

    ③具有量程范围宽、准确度高、压力损失小、黏度适应性强、能测量高温高黏液体、使用方便、安装简易等优点。

    ④具有可现场指示累积流量、瞬时流量、单次流量等功能。

    5.活塞流量计

    活塞流量计一般包括旋转活塞流量计、往复活塞流量计。

    (1)旋转活塞流量计

    ①原理

    旋转活塞流量计位于固定的内外圈之间,活塞的轴靠着导辊滚动,中间隔板将计量空间分成两部分,活塞的上缺口与隔板咬合,当活塞依箭头方向运动时与隔板成直线运动。活塞在进出口流体压力差的作用下,始终与内外圆桶壁紧密接触旋转,交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出,通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量。其工作原理是当被测液体从进口端进入流量计的计量室时,在进出口端形成一个压差迫使活塞按一定方向旋转。随着液体的继续流入,旋转活塞转到一定的位置;形成一个封闭的新月形截面的容腔,在差压作用下活塞继续旋转,所形成的封闭的新月形截面与出口端连通而开始排液,当活塞转到另一个位置时,又形成一个封闭的新月形截面的容腔;再继续旋转则与出口端连通而排液,即活塞回到初始位置。这样活塞转一周即通过联轴器和计数计

    机构可计量出流经流量计的液体。

    ②特点

    旋转活塞流量计不仅具备一般容积式流量计的特点,还具有自身的特点,主要是活塞可以实现悬浮运动,磨损极小,一般免维护,活塞腔体运行空间大,介质中微小颗粒可自行排出。因此,适用于测量多种介质,特别适用于测量高黏度介质,具有耐高温、高压、运行可靠、通流能力较大等优点。其结构也简单,拆装便捷。计量部件如需清洗,无需特殊工具,可很方便地将其从壳体上拆下,清洗后无需调整即可复位,又不影响计量准确度。但是,旋转活塞流量计在工作过程中会有一定的泄漏量,准确度等级相对较低。

    旋转活塞式流量计的计数器采用液晶显示,能显示瞬时流量、累积流量。输出信号:(4~20)mA或(1~5)VDC。具有现场指示型和远传型两种,可实现管道流量远距离的集中控制。

    (2)往复活塞流量计

    往复活塞流量计一般在加油机中使用较多,它的准确度很高,但是其通径受到限制,只能在25mm以下,仅用于给汽车加油。因为当通径增大后,流量计内作往复运动的部件的尺寸和质量会大幅度增加,往复运动产生的巨大惯性力,会形成一个强大的振动源,这个振动源能破坏计量系统和计量准确度。

    6.膜式燃气表

    (1)工作原理

    膜式燃气表是采用柔性膜片计量室方式来测量气体体积流量的,其原理是被计量的燃气在压力差的作用下,经分配阀交替进入燃气表容积恒定的柔性膜片计量室,即高于常压的被测气体进入膜片一侧的腔内,所产生的压强推动膜片向另一侧移动,当膜片移到另一侧的极限位置时,分配阀与带动膜片的摇臂连杆等转换机构导通了第二个膜片的一侧,带动第一个膜片返回移动; 第二个膜片移动到极限位置时,转换机构又改变第一个膜片的出气口为进气口,同样靠第一个膜片产生的力相继带动返回,这个膜片的另一侧又有了气体的推动力而继续做往返运动,并也能改变第二个膜片的移动方向。这样膜片的往复移动依次形成了充气、排气,同时膜片所牵动的立轴作往复的摆动运动,通过其各自的摆杆、连杆等转换机构同时带动一个指示装置,将这一充气、排气的循环过程转换成相应的气体体积流量,再通过传动机构传递到计数器,从而实现连续自动体积流量计量功能。

    (2)IC卡燃气表

    ①结构原理

    IC卡智能燃气表是在传统膜式燃气表的基础上,增加了嵌入式软件及电子控制器、阀门及计数采样器,具有预付费功能的智能计量仪表。用户只需拿IC卡到燃气公司营业网点或已开通的各商业银行网点购气,再将购气后的IC卡插入燃气表,气表便显示所购气量并开始供气使用。当通过机电转换装置进行数据采样时,每采集到一个脉冲后进行扣减;当剩余气量不足设定值后,该表会自动提示用户再次购气;如果剩余量为零,表内阀门将自动关闭,直到再次充值才能自动开启阀门,正常使用燃气表。

    智能控制部分主要由中央控制器(MCU)、阀门控制电路、机电转换传感器、电源管理、液晶显示、IC卡读写接口等组成。

    ②主要功能

    a.准确计量

    通过机电转换传感器进行燃气流量的准确计量,如果采用干簧管的传感器,需能实时监测出外界的磁场干扰。在检测到外界磁场干扰时,能够及时控制阀门,以防止用户恶意偷盗气,给燃气公司带来损失。

    b.电源监控

    在燃气表中能够实时对电源电压进行检测,当系统电压不足时,需能提醒用户更换电池;当系统电压处于掉电状态时,系统应能及时保存当前的数据,及时关闭阀门,并报警提示用户;电池使用完毕,需要更换电池后才能正常运行燃气表。

    c.阀门控制

    在气量使用完毕后,能准确可靠地进行阀门的关闭控制,当IC卡充值后能及时打开阀门。

    d.液晶显示与报警

    液晶上应能显示当前累计气量、剩余气量、余量不足、电量不足等警告信息,并同时以声光等进行报警提示。


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