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不同金属管转子流量计流量计算公式及换算方法


文章日期:2018-04-07|阅读数:


金属管浮子流量计 用于连续测量封闭管道中液体和气体的体积流量,结构简单、工作可靠、使用维护方便,能适应各种场合,因此广泛地应用于流量测量和工业过程控制中。
 
        有些金属管浮子流量计 由传感器和指示器组成,除就地指示瞬时流量外,还可远传输出 4~20mADC电信号,整体采用模块式组合设计,可在现场快速增加上下限开关、流量累积功能,各功能单元板为插装结构,具有更换部件简单、方便、定位准确的特点。
 
1 进行流量换算的作用
        金属管浮子流量计 用水或空气来进行金属管浮子流量计 的标定的。由于实际应用时介质的状态和标定时不同,根据测量原理,浮子在测量管中的同一位置所代表的流量值和标定时是不同的,要想正确测量三畅金属管浮子流量计 的实际流量,就要知道它们之间的流量换算关系。
 
        另外金属管浮子流量计 行业标准规定其精度是相对于满量程而言的,所以用户使用时,其常用流量应达到满量程的 60%~80%以上较为合理,如果用在50%以下则相对误差会增大,精度受影响,如果流量超过满量程更是无法正常测量,因此只有正确进行流量换算才能选出适合的仪表。在计量当中,正确的流量换算是保证计量准确的前提条件。
 
2 流量换算的依据
        换算的依据主要有两个:金属管浮子流量计 的理论计算公式和理想气体的状态方程。SC金属管浮子流量计 的计算公式:
0171118142627.jpg
        式中:Q-体积流量;α-流量系数;F k -浮子***大直径与其同高度锥管横截面之间的环隙面积;g-重力加速度;V f -浮子的体积;ρ f -浮子的密度:ρ-被测流体的密度;A-浮子的***大截面积(式中的单位为cm、g、s制)。
 
        理想气体的状态方程
20171118142708.jpg
        式中:Po,P1两种状态下的压力;To,T1-两种状态下的温度;Vo, v广两种状态下的体积。
        从理想气体的状态方程可以演绎出以下两种关系:
        a.流量关系
        V=Q*t
         流量关系
        b.密度关系
         密度关系
        式中:M一介质的质量;P--介质的密度;Q-介质的流量。
        3流量换算公式
        流量计测量不同介质时流量之间的关系如下式:测量不同介质时流量之间的关系公式
 
        从式中可以看到三畅金属管浮子流量计流量换算的实质是密度换算。
        3.1液体的测量和换算
        流量计用于液体流量测量时,制造厂是用常温下清洁的水作为校验液来标定的,若被测介质的密度与水的密度不同,应对被测介质的流量进行换算。公式如下:
20171118142900.jpg
        式中:Q1-被测介质的实际流量;Qo换算成水的流量;介体积流量的密度修正系数;Pf浮子部件的密度:7900kg/m3;Po-20°C时水的密度:998.2kg/m3; P1——被测介质的密度:kg/m3
        3.2气体的测量和换算
        sc流量计用于气体流量测量时,制造厂是用标准伏况下(20°C,101.325kPa)的空气进行标定的,由于气体的密度远小于浮子密度,公式(5)简化为:
20171118142930.jpg
        式中各项均为工漱态下的值,为方便起见应换算到标准状态下,将公式(3)和公式(4)代入并整理后便得到气体的换算公式
20171118142934.jpg
 
        式中:Q1-被测气体工作状况下的流量换到标准状态下的流量计(Nm3/h);Q换算成标准状态下空气的流量(Nm3/h);p1——标准状态下被测体的密度(kg/m3);Po-标准状态下空气的密度:(1.205kg/m3);P1一被测气体工作状况下的力债压十大气压mPa; Po-标准状态时的压力(0.101325MPa);T1-被测气体工作状况下的开尔文温度;To一标准状态时的开尔文温变(293.15K);Kp-气体的密度修正系数;Kp-气体的压力修正系数;k1-气体的温度修正系数。


转子流量计(Rotometer),又称浮子流量计(FloatTypeFlowmeter),在工业中得到广泛的应用。它可测量液体、气体和蒸气的流量,宜测中小管径(DN4~250)的流量。压力损失小且恒定,测量范围比较宽,量程比1:10,工作可靠且刻度线性,使用维修方便,对仪表前后直管段长度要求不高。其测量度为±2%左右,受被测液体的密度、粘度、纯净度以及温度、压力的影响,也受安装垂直度的影响。玻璃管浮子流量计结构简单,成本低,易制成防腐蚀性仪表,但其强度低。金属管浮子流量计可输出标准信号,耐高压,能实现流量的指示、积算、记录、控制和报警等多种功能。

 

1.1转子流量计原理及结构

 

1.1.1冲量定理及应用

 

设一物体的质量为m,作用其上的力为F,实际上流体的速度v,物体变化路程为L。那么根据冲量定理可推出

1.1.2测量原理及结构

 

如果将阻挡体置于直立且具有锥度(上大下小)的管道中,就形成转子式的流量计,它的工作原理如图1所示。

当流量增加时,转子接受流体自下而上的冲力将增加,因而被冲向上方,一到达上面,由于流通截面增加,流速减小,冲力也随之减小。当冲力和差压对转子截面构成的作用力以及粘滞摩擦力等的合力与转子本身在流体中重量相等时,转子即处于一平衡状态,不再上升或下降,这个位置就表示新的流量值。

 

1.2计算公式

 

设转子的显示重量为Wf(N),流体对转子的作用力为F(N),锥形管与转子间环形截面为Sa(m2),转子处***大截面积为Sf(m2),转子体积Vf(m3),转子密度为ρf(Kg/m3),转子长度为L(m),流体介质的密度为ρ(Kg/m3),重力加速度为g(m/s2),则

 

 

式中:qm——为质量流量;qv——为体积流量;ψ——为流量系数。ψ与转子形状和雷诺数有关,Sa与转子高度有关。锥管形转子流量计转子的几何形状和选用的材料及被测流体一定时,式(2)等式右边平方根内的值为一常数。当雷诺数大于一定的界限值时,ψ为一常数,这样qm正比于Sa。

 

1.3不同测量介质的换算方法

 

在实际使用转子流量计过程中,由于被测物体的物性(密度、粘度等)和状态(温度、压力等)与实验流体的物性和状态不同,所以必须对测量仪表进行刻度换算和粘度修正,以保证度。

 

1.3.1液体流量测量的刻度换算

 

通常测量液体的转子流量计的刻度,都是用水在20℃,1个大气压下标定的。按照下式进行刻度换算:

式中:Q1——标定时水的体积流量;Q2——使用时被测液体的体积流量;ρf——转子的材质密度;ρ1——标定时的水密度;ρ2—使用时的被测液体密度;a1——水的流量系数;a2——被测粘性液体的流量系数。

 

当被测液体的密度和水的密度不同但是两者粘度系数相差甚微,即可忽略粘度变化对流量系数造成的影响,a2/a1可以当作1来计算。

 

1.3.2气体流量测量的刻度换算

 

测量气体的浮子流量计通常都是在低压、恒温20℃状态下用压缩空气进行标定的,然后在换算到标准压力为101325Pa、温度为20℃时的流量值对仪表刻度。当仪表用来测量某一工作状态下,任意一种气体的体积流量时,需将仪表所示刻度值换算为工作状态的实际流量值。于气体,可以按照下面公式换算:

 

 

式中:Qn——标定空气在pn,Tn状态下的体积流量,即仪表刻度流量值;Q——被测气体由P,T状态下的体积流量,即仪表刻度流量值;pn=101325Pa,Tn=293.15k(标准状态下的压力和温度);p,T——被测气体在工作状态下的压力和热力学温度;

 

pnZn——分别为标定空气在pn,Tn状态下的密度和压缩系数;ρ,Z——分别为标定空气p,T在状态下的密度和压缩系数。

 

当被测气体的湿度较大时,应考虑水分含量的影响,气体密度ρ按下式计算:

式中:ρg——为测量条件下干燥气体密度;Φ——为测量条件下相对湿度;ρsmax——为测量条件下饱和水汽的密度。

 

1.4金属管转子流量计

 

金属管转子流量计与玻璃转子流量计具有相同的测量原理,不同的是其锥管由金属制成,这样不仅耐高温、高压,而且能选择适当的材质以适合各种腐蚀性介质的流量。流量计采用可变面积式测量原理,应用现代高技术手段及先进的元件和器件。流量计主要由三大基本部分组成:测量管;锥形浮子或靶式浮子;指示器。浮子的位移量与流量的大小成比例,通过磁耦合系统,以不同接触方式,将浮子位移量传给指示器指示出流量的大小。也可配装不同的转换器,将流量值转换成标准的电远传信号,从而实现远距离显示、记录、积算和控制功能。金属管转子流量计在指示器的设计上可以为各种应用场合提供可靠适用的功能组合,如现场指针显示、LCD显示瞬时和累计流量等。在指示器供电选择方面有电池供电、24VDC供电、220VAC供电,方式根据现场情况选择。

 

1.5选型计算

 

在选型过程中,可以根据前面介绍的计算公式和相关设计样本来确定转子流量计的型号。本文以宏控LZZ/D系列转子流量计为例,介绍如何根据计算公式来确定转子流量计的型号。

已知测量介质为液体,***大流量为:Qmax=30m3/h,常用流量***小值Qmin=10m3/h,粘度μy=3.1×10-5pags,密度ρy=810kg/m3,常用压力py=0.49MPa,常用温度ty=150℃。根据条件选出合适的浮子流量计的口径及浮子号。

 

选择11Cr18Ni9Ti材质的浮子,其密度为780kg/m3。水在工作状态时的密度为954kg/m3,则根据公式(3)可以得到

代入***大流量Qmax=70m3/h和常用流量***小值Qmin=20m3/h可以求得水的流量范围Qsmax=66.6m2/h,Qsmin=22.2m2/h。

 

通过查询LZZ/D的转子流量计规格表,可以得知选择口径DN100,浮子号K10.2,材质1Cr18Ni9Ti。


 
 
4结束语
        金属管浮子流量计作为过程控制仪表,可以适应高温、高压、强腐蚀、剧毒等多种苛刻环境.可动部件少、便干维护,解决了生产中的许多难题.金属管浮子流量计 的计量有着重要的意义。
 


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