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氣體流量計的選用

發布時間：2023-01-19 23:54:03來源：www.jin-bei.net來源：.. 字體: 大中小

        玻璃生產線（含全氧燃燒、富氧燃燒、特種玻璃、深加工玻璃線等）常有些氣體介質的流量需要測量，如助燃風、調溫風等冷卻風、壓縮空氣、惰性氣、氮氣、氫氣、氧氣、天然氣、液化氣、蒸汽等。以最常見的風流量計的選型應用為例，按時期先后大致如下：節流差壓式流量計（標準節流孔板、文丘里管等），渦街流量計，差壓式流量計
（均速管流量計），熱式質量流量計，節流差壓式流量計（彎管流量計），節流差壓式流量計（多孔孔板平衡流量計）等。幾種流量計各有優缺點，下面對它們進行一些分析探討，以期合理選型正確使用。
        1.標準節流差壓式流量計
        標準節流孔板及文丘里管等典型的節流差壓式流量計，是傳統最常見的流量計。基于流體連續性原理和流體力學能量守衡原理，遵從伯努利定律。標準節流式流量計的基本公式為：
        質量流量：M=αεA_d（2ρ△P)^1/2
        體積流量：Q=M/ρ=αεA_d（2△P/ρ)^1/2
        α--流量系數，ε--流束膨脹系數，A_d--工作狀態下節流件開孔面積，ρ--節流件上游側取壓處流體密度，標準節流件上、下游側規定的取壓孔位置上所測得的靜壓力之差。
        以孔板流量計為例，推導得其應用公式為：
        Q=0.01252αεk_td²（△P/ρ)^1/2
        當孔板流量系數α、流束膨脹系數ε、管道與孔板材料熱膨脹校正系數k_t、流體密度ρ及孔板節流孔徑d近似視為常數C時，流體流量Q與孔板前、后的壓力差△P的平方根成正比，公式簡化為：
        Q=C△P^-2
   2.均速管流量計
        屬差壓式流量計，由單點測速的皮托管演變發展而來，基于流體力學能量守衡原理，遵從伯努利定律。流體的全壓（總壓力）等于其動壓加靜壓，測得流體的平均全壓與平均靜壓之差△P，就獲得流體的平均動壓值。流體的平均動壓即平均差壓△P與平均流速V間的關系為：
        V=K（2△P/ρ)^1/2
        Q=A V
        其中K為均速管流量系數，A為管道有效截面積。
        均速管流量計導致的流體壓力損失很小，其永久壓力損失僅是標準孔板的5%以下，均速管結構簡單，安裝維護比較方便（但比渦街流量計和熱式質量流量計要增加取壓導壓管和差壓變送器），大口徑管路流量測量時優點突出。各公司標稱的所需直管段差異很大，有的小到2D，大的卻要20D：價格差異也很大，不含差壓變送器，便宜的一兩千元，貴的上萬元。
        3.熱式質量流量計
        熱式質量流量計基于熱傳遞原理。傳感元件是封裝于不銹鋼套管內的2個精密熱電阻RTD（一般為鉑電阻），其一是流體介質溫度傳感元件，另一為加熱兼傳感元件，由它們組成惠斯登電橋的兩個橋臂，控制加熱傳感器的加熱功率，以使加熱傳感器和參比溫度傳感器間保持恒定溫差△t=ts-ta=常數。流體流過加熱傳感器所帶走的熱量和流體的流速與密度之積ρV的m次方成正比，即與流體的質量流量的次方成正比。流體的質量流量變化時，必須同時相應改變加熱傳感器的加熱功率，才能保持△：不變，故測得加熱功率就間接地測得流體的質量流量。檢測元件總熱損失E與質量流速ρV、質量流量M間的函數關系式如下：
E=（kA_s/d）[B+C（ρVd/u）^m](Ts-Ta）
        M=A p V
         k--流體導熱系數，As--被加熱元件面積，B--傳感器支撐件的自然對流、熱輻射和熱傳導總的熱傳遞常數（相對于介質的強制對流，傳感器的自然對流、熱輻射和熱傳導影響極小），C--常數，d--傳感器直徑，u--流體黏度，m--系數（一般m≥0.3），Ts--元件表面溫度，Ta--介質溫度，A--管道有效截面積
        總結
        標準節流孔板、文丘里管等傳統節流差壓式流量計永久壓力損大（由于死區和大量渦流），量程比小，要求直管段長，尤其不適合允許壓力損小、直管段短和大口徑管路的測量。
        新型的多函數孔圓盤式平衡流量計BFM（Balanced Flow Meter），是美國航空航天局、馬歇爾航空飛行中心深入研究、大量試驗的成果，巧妙地將傳統整流器和節流件一體化、創新化，雖然原理類同標準孔板等節流式差壓流量計，同樣遵從伯努利定律，但由于圓盤具有多個獨特的函數孔，在節流同時還對流體進行整流和平衡調整，因此在減小直管段要求（最短0.5D），減小永久壓力損（是傳統的13），提高量程比（>10：1）、測量精度（優于0.5%）、穩定性（噪聲是傳統的1/15）、耐污堵等方面均有極大改善。還可測雙向流、氣液兩相流、漿料甚至固體顆粒流，幾乎適用于所有流體。
        以下是多孔平衡流量計與其它差壓式流量計的對比（由于各制造廠及現場狀況的差異，以下有些描述不盡準確，個別作了修改，僅供參考）：

類型	多孔平衡	錐形	孔板	噴咀	文丘里	均速管	楔式	彎管
節流原理	平衡節流	邊緣節流	中心節流	中心節流	縮管節流	雙腔	非對稱	離心力
測量介質	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽	氣/液/蒸汽
管徑范圍	15-3000	15-3000	50-1000	50-500	50-1200	100-2000	50-1000	100-2000
直管段	前0.5D后0.5D	前3D后1D	前10D后5D	前10D后5D	前10D后5D	前10D后5D	前10D后5D	前10D后5D
精度等級	0.3%-0.5%	0.5%-1.0%	1 %-2%	1%-2%	1%-2%	1%-2%	1%-2%	1%-2%
長期穩定性	最好	好	最差	差	好	中	中	中
量程比	>10：1	10：1	3：1	3：1	5：1	10：l	3：1	10：1
壓力損失	10%-30%差壓	30%-50%差壓	60%-100%差壓	60%-100%差壓	10%-30%差壓	10%-20%差壓	60%-100%差壓	10%-20%差壓
耐臟耐堵性	好	好	差	差	好	差	好	中
雙向測量	能	不能	不能	不能	不能	不能	能	能
雷諾數范圍	210²-110⁷	810³-510⁶	>8*10³	>2*10⁴	>8*10⁴	>8*10⁴	>3*10²	>1*10⁵
高流速測量	好	好	差	好	好	好	差	好
低流速測量	好	好	差	差	差	很差	中	很差
雙相流測量	很好	一般	不能	不能	一般	差	不能	差
體積	中	較大	小	中	很大	小	大	中
價格	中	中	低	中	高	低	高	中
使用壽命	很長	長	短	中	長	中	中	長

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