氣體流量計(jì)的種類及工作原理

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

很高興您購買本款智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，該流量計(jì)是我公司通過多年實(shí)踐和學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)研制的具有**水平的新型氣體流量儀表。該流量計(jì)可集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體，并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動(dòng)補(bǔ)償，并且具有較強(qiáng)的抗震動(dòng)和抗干擾能力，高精度和高重復(fù)性,是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)用于氣體計(jì)量的理想儀表。

1.1 產(chǎn)品主要特點(diǎn)

1.無機(jī)械可動(dòng)部件，不易腐蝕，穩(wěn)定可靠，壽命長，長期運(yùn)行無須特殊維護(hù)；

2.采用 16 位計(jì)算機(jī)芯片，集成度高，體積小，性能好，整機(jī)功能強(qiáng)；

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

4.采用雙探頭檢測(cè)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(hào)強(qiáng)度，使傳感器能準(zhǔn)確地檢測(cè)出信號(hào)，并抑制由管線振動(dòng)引起的干擾；

5.采用國內(nèi)**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(hào)；

6.采用漢字點(diǎn)陣顯示屏，顯示位數(shù)多，讀數(shù)直觀方便，可直接顯示工作狀態(tài)下的體積流量、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量、總量，以及介質(zhì)壓力、溫度等參數(shù)；

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

8.多物理量參數(shù)報(bào)警輸出，可由用戶任選其中之一；

9.壓力、溫度信號(hào)為傳感器輸入方式，互換性強(qiáng)；

10.整機(jī)功耗低，可用內(nèi)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(jì)可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業(yè)測(cè)量各種氣體流量，是目前油田和城市天然氣輸配計(jì)量和貿(mào)易計(jì)量的*選產(chǎn)品。

 

二、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 流量計(jì)結(jié)構(gòu)

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)結(jié)構(gòu)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(gòu)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(qiáng)迫流體產(chǎn)生強(qiáng)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(jù)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(jì)積算儀：由溫度、壓力檢測(cè)模擬通道、流量檢測(cè)數(shù)字通道以及微處理單元、液晶驅(qū)動(dòng)電路和其它輔助電路組成，并配有外輸信號(hào)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(nèi)，其電阻值與溫度成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5.壓力傳感器：以壓阻式擴(kuò)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(yù)期變化，因此在一定激勵(lì)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(kuò)張段的喉部，可檢測(cè)出旋渦進(jìn)動(dòng)的頻率信號(hào)。

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(duì)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似文丘利管的型式（如圖 2）。在入口側(cè)安放一組螺旋型導(dǎo)流葉片，當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)，導(dǎo)流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)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(cè)元件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號(hào)，然后再與溫度、壓力等檢測(cè)信號(hào)一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，*后在液晶顯示屏上顯示出測(cè)量結(jié)果(瞬時(shí)流量、累積流量及溫度、壓力數(shù)據(jù))。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(cè)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(hào)接口，輸出各種信號(hào)。流量計(jì)中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，并動(dòng)進(jìn)行壓縮因子修正，氣態(tài)方程如下：

QN——標(biāo)況下的體積流量(Nm3/h)；

QV——工況下的體積流量(m3/h)；

Pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ↘Pa）；

P ——流量計(jì)取壓孔測(cè)量的表壓（KPa）；

PN——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓力（101.325 KPa）；

TN——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度（293.15K）；

T ——被測(cè)流體的絕對(duì)溫度（K）；

ZN——氣體在標(biāo)況下的壓縮系數(shù)；

Z ——氣體在工況下的壓縮系數(shù)；

注：當(dāng)用鐘罩或負(fù)壓標(biāo)定時(shí)取 ZN/Z=1，對(duì)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(biāo)準(zhǔn) SY／T6143－1996 中的公式計(jì)算。

 

一、錐形流量計(jì)介紹

1、綜述

錐形流量計(jì)是一種新型的可精確測(cè)量各種雷諾數(shù)的高精度流量計(jì)，可滿足各種介質(zhì)的應(yīng)用條件要求其操作原理同其它各種類型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，錐形流量計(jì)由于具有****的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因而性能更優(yōu)。

錐形流量計(jì)是在管道中心處懸掛一錐形節(jié)流件，錐形件阻礙介質(zhì)的流動(dòng)，重塑流速曲線，在錐形性的下游可立即形成低壓區(qū)，管道上游的正壓同經(jīng)節(jié)流件節(jié)流后的下游的負(fù)壓之間有一差壓，將正、負(fù)壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負(fù)壓口位于椎體的末端，通過測(cè)量兩者之間差壓，根據(jù)伯努利方程即可計(jì)算出管道中的流量，椎體位于管線中心，可對(duì)所測(cè)介質(zhì)的流速曲線進(jìn)行優(yōu)化，因此測(cè)量精度高，對(duì)儀表上、下游的直管段要求低。

錐形流量計(jì)可測(cè)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*高850℃，*大壓力42.0MPa。若用特殊結(jié)構(gòu)材質(zhì)，溫度壓力還可以更高?？蓽y(cè)量*高雷諾數(shù)500萬，*低雷諾數(shù)8000甚至更低。產(chǎn)生滿刻度差壓信號(hào)從*低小于0.1千帕到*高幾十千帕。

法蘭取壓型錐形流量計(jì)（VF），采用實(shí)心椎體截流體，并在管壁用法蘭取壓，配上遠(yuǎn)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(jì)是一種差壓型的流量儀表。以差壓原理設(shè)計(jì)的流量儀表已經(jīng)有了一百多年的應(yīng)用歷史了，差壓型流量計(jì)是基于密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理，也就是說對(duì)于穩(wěn)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(dāng)介質(zhì)接近椎體時(shí)，其壓力為P1，在介質(zhì)通過椎體的節(jié)流區(qū)時(shí)，速度會(huì)增加壓力會(huì)降低為P2，如圖1所示，P1和P2都通過錐形流量計(jì)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(jì)的兩個(gè)取壓口之間的差壓值會(huì)增大或縮小。當(dāng)流速相同時(shí)，若節(jié)流面積大，則產(chǎn)生的差壓值也大，β值等于錐體的節(jié)流面積除以管道內(nèi)徑的截面積（可換算成兩者之間的直徑比）。

 

3、主要計(jì)算公式：

錐體的外形是通過多年的連續(xù)試驗(yàn)、評(píng)估和改進(jìn)后得出的，是此類流量計(jì)的*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來理解錐形流量計(jì)的性能。如果介質(zhì)通過一個(gè)很長的管道，而且在管道中沒有受到任何阻礙和干擾，那它的流速分布將很均勻。靠近管壁的流速幾乎為零，而管道中心的流速將達(dá)到*大。（如圖2）當(dāng)我們將錐體懸掛在管線中心時(shí)，錐體將直接同流體的高速區(qū)接角，迫使高速區(qū)的流體同近管壁低速區(qū)的流體混合從而使流速均勻化，這樣測(cè)出流體的流速更加準(zhǔn)確。

在現(xiàn)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(duì)流體造成影響：如彎頭、閥門、縮徑、擴(kuò)徑、泵、三通等等。而錐形流量計(jì)利用錐體對(duì)流速分布曲線進(jìn)行重新塑造（如圖3），經(jīng)過錐體“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(cè)量精度。這樣使得錐形流量計(jì)的應(yīng)用范圍更加寬闊。

上游干擾造成流速曲線不規(guī)格