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小流量測(cè)量分兩種情況:一種是以較高的度測(cè)量流過細(xì)小管道的氣體、液體;另一種是測(cè)量流動(dòng)非常緩慢的流體的流量。
關(guān)于微小流量的范圍,目前還不能確定量地給出,本章所說的微小流量,是人們一般認(rèn)為的微小流量范圍[30]。
3.4.1 幾種在微小流量測(cè)量中應(yīng)用的流量計(jì)
適合用來測(cè)量微小的常用流量計(jì)有多種,例如差壓式、浮子式、容積式、熱式等,其中有些流量計(jì)既適合測(cè)量中大流量,也適合測(cè)量微小流量,而另一些專門為測(cè)量微小流量而設(shè)計(jì)。
(1)差壓式流量計(jì) 由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和差壓式組成的差壓式流量計(jì),在小流量測(cè)量中受到三方面的限制[30]。
*個(gè)限值是雷諾數(shù)下限的限制。節(jié)流裝置種類不同,其雷諾數(shù)下限也不同,就一般而言,雷諾數(shù)≥104是可以使用的界限。與此雷諾數(shù)下限相對(duì)應(yīng)的平均流速和流量即為小流量的測(cè)量下限。雷諾數(shù)太小,流出系數(shù)會(huì)隨雷諾數(shù)的變化而產(chǎn)生顯著的變化,以致不確定度增大。
第二個(gè)限制是管徑的大小。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置適用于50mm和50mm以上管徑。管徑太小時(shí),節(jié)流裝置直徑相應(yīng)變小,按標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的形狀進(jìn)行相似加工發(fā)生困難。
第三個(gè)限制是差壓太小。此差壓同流速的平方成正比,當(dāng)流速低到一定數(shù)值,差壓就變得很小,以致無法分辨。
針對(duì)上述的三個(gè)限制,有些儀表公司開發(fā)了僅適合微小流量測(cè)量的內(nèi)藏孔板差壓式流量計(jì)。這種流量計(jì)同由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置為傳感器的流量計(jì)在下面幾點(diǎn)有顯著的差別。*個(gè)差別是結(jié)構(gòu)上,前者是傳感器與變送器合為一體,其典型的結(jié)構(gòu)如圖3.54所示,而后者是傳感器與變送器相分離。
圖3.54內(nèi)藏孔板差壓流量變送器
第二個(gè)差別是管徑,前者適用的管徑均小于50mm,典型的管道內(nèi)徑為10mm和20mm。由于管徑縮小,流速以及同流速相關(guān)的雷諾數(shù)得以提高,因而能得到較高的差壓。所以內(nèi)藏孔板流量計(jì)彌補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置型差壓式流量計(jì)不適合測(cè)量小流量的不足。
第三個(gè)差別是保證度的手段。前者是用實(shí)流標(biāo)定的方法來保證測(cè)量度的,經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定能得到1級(jí)(水)或1.5級(jí)(空氣)度,如果實(shí)流標(biāo)定后用合適的方法對(duì)誤差進(jìn)行自動(dòng)校正,則可得到0.5級(jí)(水)和1級(jí)(空氣)度。如果不經(jīng)實(shí)流標(biāo)定,只能得到5級(jí)準(zhǔn)確度。圖3.55和圖3.56所示是一臺(tái)內(nèi)藏孔板流量計(jì)標(biāo)定得到的誤差以及校正曲線。
圖3.55典型誤差曲線 圖3.56典型校正曲線
現(xiàn)在,差壓變送器多數(shù)已實(shí)現(xiàn)智能化,這為內(nèi)藏孔板流量計(jì)改變量程提供了便捷的手段。內(nèi)藏孔板流量計(jì)在調(diào)試和運(yùn)行中,如果發(fā)現(xiàn)原先確定的滿度流量值不合適,可將流量滿度值擴(kuò)大或縮小一擋,然后安差壓同流量的關(guān)系計(jì)算新的差壓上限,如式(3.91)所示。
(3.91)
式中 qmax、 ——原有流量上限和新的流量上限,kg/h;
、 ——原有差壓上限和新的差壓上限,Pa。
用手持終端將差壓變送器的差壓上限重新設(shè)置后,流量計(jì)的度不會(huì)有明顯得變化。
內(nèi)藏孔板流量計(jì)只適合安裝在水平管道上,因?yàn)椴顗鹤兯推髌x水平位置后,其兩個(gè)膜盒所受的重力變得不對(duì)稱,因而出現(xiàn)零點(diǎn)漂移。好在這種流量計(jì)由于管徑小,儀表前后直管段長(zhǎng)度要求相應(yīng)較短,所以水平安裝不會(huì)給配管帶來太大的困難。
內(nèi)藏孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)常見的有兩種,一種是流體流過差壓變送器高低壓室,如圖3.57所示。另一種是流體不流過差壓變送器高低壓室,如圖3.58所示。
圖3.57內(nèi)藏孔板結(jié)構(gòu)之一 圖3.58內(nèi)藏孔板結(jié)構(gòu)之二
對(duì)于前面一種結(jié)構(gòu),流過差壓式高低壓室的流量同流過節(jié)流的流量相等,當(dāng)流量近似等于0時(shí),流速很低,流體流過高壓室和低壓室所產(chǎn)生的壓降可忽略,因此,差壓變送器測(cè)量到的差壓同節(jié)流件兩端的*壓將相等。但當(dāng)流量增大,流速升高到一定數(shù)值時(shí),流過高壓室的壓降相應(yīng)增大,差壓變送器測(cè)量到的差壓明顯高于節(jié)流件兩端壓降,從而產(chǎn)生相應(yīng)的測(cè)量誤差?,F(xiàn)在市場(chǎng)上的差壓變送器體積做得越來越小,高低壓室內(nèi)膜盒與殼體之間的間隙做得更小,這就使得該結(jié)構(gòu)的缺陷更為突出。而圖3.58所示的結(jié)構(gòu)*不存在此問題。
內(nèi)藏孔板流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)防止可能出現(xiàn)的冷凝液和氣體在高低壓室中的聚集,即測(cè)量氣體流量時(shí),高低壓室應(yīng)高于節(jié)流件(如圖3.59所示),以免可能存在的冷凝液流入高低壓室。測(cè)量液體流量時(shí),高低壓室低于節(jié)流件,以免可能存在的氣體鉆入高低壓室。
(a)被測(cè)介質(zhì)為氣體 (b)被測(cè)介質(zhì)為液體
圖3.59內(nèi)藏孔板流量計(jì)安裝方位
1-差壓變送器高低壓室空腔;2-節(jié)流件
(2)浮子流量計(jì) 浮子流量計(jì)主要由浮子和錐形管組成。玻璃管浮子流量計(jì)中的錐管為玻璃管;金屬管浮子流量計(jì)的錐形管用金屬制成,流體溫度可達(dá)180℃,流體壓力達(dá)13MPa。
小口徑浮子流量計(jì)的流量測(cè)量范圍已經(jīng)可以做得很小,其中水為0.3~3L/h,空氣為5~50L/h。環(huán)境保護(hù)中用得很多的大氣采樣器,流程在線分析儀器和實(shí)驗(yàn)室分析儀器等普遍使用的微型玻璃浮子流量計(jì),其測(cè)量范圍可更小。
浮子流量計(jì)屬中低度儀表,金屬浮子流量計(jì)的基本誤差,就地指示型為1%~2.5%FS,遠(yuǎn)傳型為1%~4%FS;小口徑玻璃管浮子流量計(jì)為2.5%~5%FS。因此,一般只適用于流量監(jiān)視,而不用于核算計(jì)量。
玻璃管浮子流量計(jì)只適用于氣體和透明度較高的液體,否則浮子在錐形管中的高度不易看清。而金屬管浮子流量計(jì)卻無此限制。
在工業(yè)過程的液位、流量、密度測(cè)量中,被測(cè)介質(zhì)如果黏度較大或有腐蝕性。常用吹氣或吹液的方法進(jìn)行隔離,吹氣、吹液流量常用浮子流量計(jì)測(cè)量。在氣(液)源壓力波動(dòng)較大或被測(cè)介質(zhì)壓力波動(dòng)較大的場(chǎng)合,為了使吹氣、吹液的流量穩(wěn)定和準(zhǔn)確地測(cè)量,有的產(chǎn)品將浮子流量計(jì)與調(diào)節(jié)器(恒流器)配成一套恒差壓流量調(diào)節(jié)器。圖3.60(a)所示的RE型用于穩(wěn)定入口氣體或液體壓力變化,保證指示和輸出流量穩(wěn)定。圖3.60(b)為RA型,用于穩(wěn)定出口壓力變化,只用于氣體。圖3.61(a)為RE型儀表輸出流量隨入口壓力變化曲線;圖3.61(b)為RA型儀表輸出隨出口壓力變化曲線。而輸出流量的大小則可通過浮子流量計(jì)所帶的閥門設(shè)定。
入口壓力調(diào)節(jié)器RE 出口壓力調(diào)節(jié)器RA
例:入口壓力變化≤0.5MPa 例:入口壓力變化0.3MPa,
出口壓力≤0.3MPa
空氣20℃,0.1013MPa(絕壓) 空氣20℃,0.1013MPa(絕壓)
qv=流量 qv=流量
圖3.60浮子流量計(jì)配用的壓力調(diào)節(jié)器
圖3.61壓力調(diào)節(jié)器特性曲線
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