氣體流量計(jì)原理及發(fā)展方向
③ 旋進(jìn)渦輪流量計(jì):當(dāng)流體通過螺旋形導(dǎo)流葉片組成的起旋器后,流體被強(qiáng)迫圍繞中心線強(qiáng)烈地旋轉(zhuǎn)形成旋渦輪,通過擴(kuò)大管時(shí)旋渦中心沿一錐形螺旋形進(jìn)動。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi),旋渦流的進(jìn)動頻率與流經(jīng)旋進(jìn)渦流量傳感器處流體的體積流量成正比。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的理論流量方程為:
式中,qf為工況下的體積流量,m3/s;f為旋渦頻率,Hz;K為流量計(jì)儀表系數(shù),P/m3(p為脈沖數(shù))。
④ 時(shí)差式超聲波流量計(jì):當(dāng)超聲波穿過流動的流體時(shí),在同一傳播距離內(nèi),其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度則不同。在較寬的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi),該時(shí)差與被測流體在管道中的體積流量(平均流速)成正比。超聲波流量計(jì)的流量方程式為:
式中,qf為工況下的體積流量,m3/s;V為流體通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長度,m;L為超聲波在換能器1、2之間傳播途徑上的聲道長度,m;X為傳播途徑上的軸向分量,m;t1為超聲波順流傳播的時(shí)間,s;t2為超聲波逆流傳播的時(shí)間,s。
速度式氣體流量計(jì)一般由流量傳感器和顯示儀組成,對溫度和壓力變化的場合則需配置壓力計(jì)(傳感器或變送器)、溫度計(jì)(傳感器或變送器)、流量積算儀(溫壓補(bǔ)償)或流量計(jì)算機(jī)(溫壓及壓縮因子補(bǔ)償);對準(zhǔn)確度要求更高的場合(如貿(mào)易天然氣),則另配置在線色譜儀連續(xù)分析混合氣體的組分或物性值計(jì)算壓縮因子、密度、發(fā)熱量等。
(3)容積式流量計(jì)
在容積式流量計(jì)的內(nèi)部,有一構(gòu)成固定的大空間和一組將該空間分割成若干個(gè)已知容積的小空間的旋轉(zhuǎn)體,如腰輪、皮膜、轉(zhuǎn)筒、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺桿等。旋轉(zhuǎn)體在流體壓差的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動,不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的次數(shù),即可求出流體流過的體積量。容積式流量計(jì)的理論流量計(jì)算公式:
qf=n*V
式中,qf為工況下的體積流量,m3/s;n為旋轉(zhuǎn)體的流速,周/s;V為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周所排流體的體積,m3/周。
在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,容積式流量計(jì)的體積流量計(jì)算公式與速度流量計(jì)相同。氣體容積式流量計(jì)屬機(jī)械式儀表,一般由測量體和積算器組成,對溫度和壓力變化的場合則需配置壓力計(jì)(傳感器或變送器)、溫度計(jì)(傳感器或變送器)、流量積算儀(溫壓補(bǔ)償)或流量計(jì)算機(jī)(溫壓及壓縮因子補(bǔ)償)。
2 氣體流量計(jì)現(xiàn)場應(yīng)用存在的問題分析
綜上所述,各種不同類型的氣體流量計(jì)其輸出的信號只與工況流量呈正比例(線性刻度)關(guān)系,其與被測介質(zhì)標(biāo)態(tài)流量之間的刻度只能依據(jù)其某一特定工況(如設(shè)計(jì)工況)來確定,如果現(xiàn)場的實(shí)際工況(如介質(zhì)的溫度、壓力、成分及流量范圍等)已經(jīng)發(fā)生了變化,這時(shí)仍按原刻度關(guān)系讀取標(biāo)態(tài)流量,顯然就會產(chǎn)生不同程度的附加誤差,使流量讀數(shù)(原刻度)失去意義。要想準(zhǔn)確地測量氣體流量,則就要求使用現(xiàn)場實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況一致并保持穩(wěn)定。然而實(shí)際工況經(jīng)常發(fā)生變化,也正因?yàn)樽兓判枰焖?、可靠地知道變化后?shí)際工況下條件下的準(zhǔn)確流量,否則,測量的意義也就不復(fù)存在。
在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中,工況穩(wěn)定是相對的,變化是絕對的。因此,氣體流量計(jì)除了需要配置作為關(guān)鍵部分的流量傳感器之外,對工況變化有規(guī)律、準(zhǔn)確度要求不高,無需遠(yuǎn)傳或自動控制的場合,采取配置壓力計(jì)、溫度計(jì)、計(jì)算器由人工錄取參數(shù)查表格的方法計(jì)算流量這種補(bǔ)償方式不僅不連續(xù)、不快捷,而且繁瑣、誤差大。在絕大多數(shù)情況下,現(xiàn)場實(shí)際工況變化往往是突發(fā)和未知的,不僅頻繁出現(xiàn)且波動范圍大,此時(shí)仍依靠人工錄取參數(shù)查表格方法快速而又準(zhǔn)確地計(jì)算流量已不現(xiàn)實(shí),必須采取自動補(bǔ)償措施。
3 含水量的測量
為了實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償,曾經(jīng)經(jīng)歷了最初的機(jī)械補(bǔ)償階段,這種補(bǔ)償方式只能對某一參數(shù)(如壓力)進(jìn)行校正,由于流量計(jì)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重、可動部件多,故障率高,而且準(zhǔn)確度低,當(dāng)補(bǔ)償不完全時(shí),還得進(jìn)行定點(diǎn)校正;該方式應(yīng)用時(shí)不夠靈活,對于參數(shù)頻繁波動的場合則無法正常發(fā)揮補(bǔ)償作用。其后出現(xiàn)的機(jī)械式電動補(bǔ)償裝置,它將介質(zhì)的工況質(zhì)量、壓力及溫度參數(shù),分別轉(zhuǎn)換成電阻或電壓等形式的信號,通過電路并配合機(jī)械機(jī)構(gòu)組成自動補(bǔ)償系統(tǒng),以完成連續(xù)補(bǔ)償運(yùn)算,但這類補(bǔ)償裝置仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)校困難的缺點(diǎn);補(bǔ)償不完全,準(zhǔn)確度也不高,電動單元組合儀表的出現(xiàn)給流量自動 補(bǔ)償帶來了轉(zhuǎn)機(jī),它通過變送器同時(shí)檢測出流體的工況流量、壓力及溫度等參數(shù),并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的統(tǒng)一電流信號,按照某種運(yùn)算關(guān)系,將這些信號送入計(jì)算單元(如加減器、乘除器、開方器、比例積算器等)進(jìn)行運(yùn)算,然后輸出代表補(bǔ)償后的流量信號用于顯示、記錄或控制,這種方法實(shí)現(xiàn)了快捷的自動連續(xù)補(bǔ)償、準(zhǔn)確度也有所提高,單元組合儀表具有通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組成靈活的優(yōu)點(diǎn),但仍然存在補(bǔ)償不完全的缺點(diǎn),隨著集成電路的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,氣體流量自動全補(bǔ)償方案的實(shí)現(xiàn)已出現(xiàn)曙光而成為現(xiàn)實(shí),大規(guī)模集成電路具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、體積小、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)存儲能力,可以實(shí)現(xiàn)多功能、多參數(shù)、多支路、主準(zhǔn)確度的補(bǔ)償,流量積算儀(溫壓補(bǔ)償)或流量計(jì)算機(jī)(全補(bǔ)償)已成為當(dāng)前流量儀表的主流。
從現(xiàn)場使用的角度來看,真正意義上的氣體量計(jì)不是僅指流量傳感器而是一個(gè)系統(tǒng),應(yīng)是:由節(jié)流裝置或流量傳感器(變送器)、壓力傳感器(變送器)、溫度傳感器(變送器)、在線密度計(jì)或色譜儀、流量積算儀或流量計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)完整的計(jì)量系統(tǒng)。其理由有:第一,現(xiàn)場管理的需要, 經(jīng)過全補(bǔ)償?shù)捏w積流量不僅在控制室能看到,在操作現(xiàn)場也能方便的同步看到.第二,安全可靠的需要,目前的流量積算儀或流量計(jì)算機(jī)能同時(shí)計(jì)算和控制多路流量即是優(yōu)點(diǎn)又是缺點(diǎn),當(dāng)其硬件或軟件出現(xiàn)故障時(shí)多路流量同時(shí)受影響。第三,量傳檢定的需要,如前所述,氣體流量是由多參數(shù)決定的,其補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型及過程繁瑣復(fù)雜,如濕氣、飽和蒸氣、天然氣等介質(zhì)的計(jì)量問題,熱值能量計(jì)量問題,氣體流量計(jì)是由多臺儀表(儀器)組成的一個(gè)系統(tǒng),涉及到長度、力學(xué)、熱工、化學(xué)、時(shí)間、電磁等專業(yè),用戶希望將其看成一個(gè)黑匣子,不管過程只認(rèn)結(jié)果,然而目前的計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置只能按專業(yè)分別對單一參數(shù)進(jìn)行量傳檢定,就流量傳感器(變送器)方面 ,絕大多數(shù)流量計(jì)制造廠家和計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)也只能用水或低壓空氣代替實(shí)際介質(zhì)檢定流量傳感器(變送器),目前標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置裝置一般只檢幾何尺寸不檢流出系數(shù),然后將組合后用到實(shí)際介質(zhì)實(shí)際工況中去,很顯然這種檢定方法其代表性不完全,將會帶來誤差,所以說目前流量準(zhǔn)確性的保證是間接是間接而非直接的,正如同單元組合儀表一樣,“單?!辈荒芡耆怼奥?lián)?!?。因此使用實(shí)際介質(zhì)在實(shí)際(模擬)工況下對氣體流量計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)檢定是保證計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠有效的手段。一體化的氣體流量計(jì)能很方便的實(shí)現(xiàn)這種真正意義的量值傳遞或溯源。
相信隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,將傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)應(yīng)用到氣體流量計(jì)中,全補(bǔ)償一體化的氣體流量計(jì)已成為可能,將會給氣體流量計(jì)量帶來一場深刻的革命。(end)
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