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什么是差压式流量计


文章日期:2019-08-16|阅读数:


什么是差压式流量计?差压式流量计是目前比较广泛的差压式流量计种类之一,它具有结构简单,应用范围广,便于维修,且标准件便于生产等特点,

 
什么是差压式流量
一、差压式流量计结构
 
1. 节流装置
 
节流装置由节流和取压装置构成。标准节流件有三种类型,即:孔板、喷嘴、文丘利管。其中流体流过孔板所产生的压力损失最大,且孔板具有制造简单、适用性广、使用寿命长等特点,工业生产中广泛采用标准孔板,精度可达±0.5-±1%,公称为50-1200mm.
 
取压装置有两个取压口,一个是上游取压口,一个是下流取压口,上流取压口引出流体的正压力,下游取压口引出流体的负压力。
 
2. 差压变送器
 
差压变送器是差压式流量计中的重要组成部分,它将节流装置的差压信号转变成电流信号,以便于二次仪表处理和运算。早期使用的差压式流量中DDZ-II(输出0-10mA)和DDZ-IIDDZ-III(输出4-20mA)型,其准确度均为±0.5%,基本能满足工业计量的要求。
 
3. 显示仪表
 
显示仪表将差压变送器产生的标准电流信号及其它装置产生的补偿信号进行开方并积算,显示瞬间流量、累计流量及其它流量。对于压力、温度波动范围较大的测量介质,如过热蒸汽等,必须进行温度、压力补偿,对于饱和蒸汽,应进行压力(或温度)补偿。
 
常用的显示仪表有电磁计数式的开方积算器和智能数显式的流量积算仪。智能流量积算仪是采用单片为处理机组成快速修正系统,能与差压、压力、温度变送器或与热电偶、热电阻配合,对被测介质由于压力、温度偏离设计引起的流量测量误差及累计积算等,通过软件实现自动补偿和积算,从而提高测量精度及可靠性。
 
二、差压式流量计测量原理
 
流体在有节流装置的管道中流动时,在节流装置前后的管壁处,流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流装置包括节流元件和取压装置。节流元件是使管道中的流体产生局部收缩的元件,常用的节流元件有孔板、喷嘴和文丘利管等,下面以孔板为例说明节流现象。
 
在管道中流动的流体具有动能和位能,在一定条件下这两种能量可以相互转换。而根据能量守恒定律,流体所具有的静压能和动能,再加上克服流动阻力的能量损失,在没有外加能量的情况下,其总和是不变的。图示在孔板前后流体的速度与压力的分布情况。流体在管道截面I 前,以一定的流速v流动。此时的静压力为P;。
 
在接近节流装置时,由于遇到节流装置的阻挡,使靠近管壁处的流体受到节流装置的阻挡作用最大,因而使一部分动能转换为静压能,出现了节流装置人口端面靠近管壁处的流体静压力升高,并且比管道中心处的压力要大,即在节流装置人口端面处产生一径向压差,这一径向压差使流体产生径向附加速度,从而使靠近管壁处的流体质点的流向与管道中心轴线相倾斜,形成了流束的收缩运动。由于惯性作用,流束收缩最小的地方不在孔板的开孔处,而是在开孔处的截面11 处。根据流体流动的连续性方程,截面II处的流体的流动速度最大,达到v2。随后流束又逐渐扩大,至截面III后则完全恢复平稳状态,流速便降低到原来的数值,即v1=v3。
 
由于节流装置造成流束的局部收缩,使流体的流速发生变化,即动能发生变化。与此同时,表征流体静压能的静压力也在变化。在截面I 处,流体具有静压力P1。到达截面II时,流速增加到最大值,静压力则降低到最小值P2,而后又随着流束的恢复而逐渐恢复,由于在孔板端面处,流通截面突然缩小和扩张,使流体形成局部涡流,要消耗一部分能量,同时流体流经孔板时,要克服摩擦力,所以流体的静压力不能恢复到原来的数值P;,而产生了压力损失£=P1-P2。节流装置前流体的压力较高,称为正压,常以“+ ' ,标志;节流装置后流体压力较低,称为负压(不同于真空度的概念),常以“一”标志。节流装置前后压差的大小与流量有关。管道中流动的流体流量越大,在节流装置前后产生的压差也越大,只要测出孔板前后压差的大小,即可反映出流量的大小,这就是节流装置测量流量的基本原理。
 
值得注意的是:要准确地测量出截面I 与截面II处的压力P1和P2是有困难的,这是因为产生最低静压力P2的截面II的位置随着流速的不同会改变,事先根本无法确定。因此,实际上是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点,来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系,与测压点和测压方式的选择是紧密相关的。
 
三、几种常见差压式流量计的原理和优缺点
 
一、均速管型流量测量装置(如威力巴,阿牛巴,德尔塔巴,威尔巴,超力巴等)
 
1、原理;基于皮托管测速原理,以测管道中直线上几点流速来推算流量。
 
2、优点:结构简单,价格低廉,装、拆方便,压损小等特点。可实现多点布置测量大风道平均流速。
 
3、缺点:采用取压孔取压,取压口易堵塞,要求流体洁净度较高,运行维护量大,不适宜含粉介质风量测量;因为是多点测量,反吹也只能吹通个别点,很难把全部取压孔吹通。
 
二、文丘里型流量测量装置(如单喉径,双喉径,多喉径文丘里流量计)
 
1、其原理是利用外文丘管喉部加速产生低压,而将内文丘利管的尾部置于的喉部低压区,促使内文丘利管的喉部产生更低的低压,因而在同样的流量下可获得更大的输出差压。
 
2、优点:较适用于大管道的低流速气体流量测量,插入式,安装方便;反应速度快。
 
3、缺点;由于它仅测一点流速,管道中流速分布对其影响很大,因而准确度较低。目前市场上还有一种三文丘利管,它在双文丘利管内再安装一个文丘管,企图获得更大的差压,当尺寸较小时,附面层的作用将呈现出来,制约了这种加速降压效果,且带来了结构复杂,系数不稳定负面影响,不宜倡导。对含尘气流的测量时,灰尘只进不出,造成感压管路堵塞,取压口易堵塞,运行维护量大,不适宜含粉介质。当风道横截面积较大,而直管段不够长时,输出差压不线性,重复性差。如果单点布置,不适宜大风道的风量测量。
 
三、机翼型流量测量装置
 
1、其测量的理论基础是:在充满流体的管道中,固定放置一个流通面积小于管道截面积的节流件,则管道内流体在通过该节流件时就会造成局部收缩,在收缩处流速增加,静压力降低,因此,在节流件前后将产生一定的压力差。对于一定形状和尺寸的节流件、一定的测压位置和前后直管段、一定的流体参数情况下,节流件前后的差压△P与流量Q之间关系符合伯努利方程。
 
2、优点:反应速度快;多点测量大风道平均流速。
 
3、缺点:较笨重,体积大,安装不方便;风道阻力大,不节能;取压口易堵塞,运行维护量大,不适宜含粉介质。机翼型流量计不可避免地会在管道中产生*压损,其流体压力损失的主要原因是机翼前后涡流的形成以及流体的沿程摩擦,它使得流体具有的总机械能的一部分不可逆转地变成了热能,消失在流体内。
 
四、差压式流量计常见故障及排除方法
 
(1) 显示流量偏高:现象为流量值明显高于实际值;可能出现的故障有:
 
① 差压变送器负压导压管被油水所堵,造成压力传递不畅,使差压高于正常值。因而使气量偏高。排除方法:应及时的防油水。
 
② 节流孔板被冰块和水化物所堵,造成孔径变小,其此时的 差压值明显高于正常值,从而使气量偏高。排除方法:把孔板摇至上阀室,让气流把冰块和水化物冲走或用蒸汽加温使之溶化。
 
③ 铂热电阻部分短路或受潮,使电阻值变小,使温度明显低 于正常值,造成气量偏高。排除方法:更换铂热电阻。
 
④ 仪表线性变差造成计量偏高。排除方法:更换相应的仪表。
 
(2)显示流量偏低:现象为流量值明显低于实际值;
 
可能出现的故障有:
 
① 差压变送器正压导压管被油水所堵,造成压力传递不畅,使差压低于正常值。因而使气量偏低。排除方法:应及时的防油水。
 
② 节流孔板的倒角被固体颗粒和其它杂质严重划伤,造成孔径变大,其此时的差压值低于正常值,从而使气量偏低。排除方法:更换一块新孔板。
 


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