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精信测器

 

3.4 微小流量的测量(续1)

这种稳压器压力等级为2.5MPa,特殊订货可达6.4MPa;介质最高温度为80℃,特殊订货可达100℃。

   小口径浮子流量计,流体黏度对示值影响较明显,研究者以水做实验,当水温从5℃升到40℃,即水的运动黏度从1.52 10-6m2/s下降到0.66 10-6m2/s,DN6仪表就有1%/℃左右的影响值。对于黏度较高的液体,影响更大。

金属管浮子流量计的浮子多半带有磁性,经磁性耦合部分将浮子在锥形管内的高度信号传递到锥形管外。在钢管中流动的流体多少要夹带一些铁磁杂质,这些杂质在流过流量计时极易被浮子吸引,轻者导致示值变差增大,总则导致浮子卡滞,出现虚假指示。应在仪表前加装磁性过滤器。图3.62所示的磁性过滤器中装有以螺旋方式排列的磁棒,每根磁棒的外面均包有PTFE聚四氟乙烯,具有良好的耐腐蚀性。这种过滤器的压力损失很小。

图3.62磁性过滤器

  浮子在锥形管中上下移动,其任意一个高度都对应一个环形流通面积,但当浮子表面和锥形管内壁粘有污垢时,这个环形流通面积就有所变小,仪表示值有偏高趋势,对于小口径仪表尤为明显。有的研究者做过实验,将口径为6mm的玻璃管浮子流量计,在实验室中测量看似清洁的水,流量为2.5L/h,运行24h后,流量示值升高百分之几,浮子表面黏附肉眼观察不到的异物,取出浮子用纱布擦拭,即恢复原来的流量示值。

  (3)容积式流量计  容积式小口径流量计有比较高的准确度,测量下限也可做得很小,例如KEROMATE-RN型椭圆齿轮流量计(微流量燃料油流量计)测量范围为0.1~10L/h,瞬时流量>1L/h后,基本误差不大于±1%R。容积式流量计保证精确度的流量下限还与流体的黏度有关,黏度小的流体,从机构的缝隙中泄漏的量相应大一些,因此保证精确度的下限流量只能定得高一些,反之,则可定得低一些。

   新型的容积式流量计也已经引入了计算机技术,仪表自带单片机,完成流量系数整量化,瞬时流量计算,积分运算,瞬时流量和累积流量的就地显示等,内置两节锂电池,可供仪表运行8年。仪表的OC门输出口靠仪表外部提供的电源工作,可输出经整量化的幅值足够大的脉冲信号(例如小口径仪表流量系数取100P/L),远传到1km以内的控制室或操作站,供记录、调节等使用。图3.63所示即为这种仪表的远传信号输出级。

图3.63容积式流量计远传信号输出级

  容积式流量计按其原理分有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、旋转活塞式流量计等多种,但是小口径容积式流量计有个共同要求,即仪表前面足够近的地方要加装过滤器,而且仪表口径越小,过滤网的目数越高。例如,25~50mm口径需(每25.4mm长度)60目过滤网,20mm口径需(每25.4mm长度)80目,不大于15mm口径需(每25.4mm长度)200目等。有的微小流量容积式流量计出厂时就配有一只过滤器,如图3.64所示。

图3.64带过滤器的微小流量容积式流量计

  (4)热式流量计 用于微小流量测量的热式流量计是一种直接式质量流量计。是利用传热原理测量流量的仪表,即流动中的流体与热源(流体中外加热的物体或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表。

  热式流量计用得最多的有两类,一类是利用流动流体传递热量,改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计(thermal profile flowmeter),曾称量热式流量计;另一类是利用热消散(冷却)效应的金氏定律(King′s law)热式流量计。

图3.65热分布式热式流量计工作原理

1、3-感温元件;2-加热器;3-放大器

图3.65所示为热分布式流量计原理。流量传感器由细长的测量管和绕在其外壁上的加热器及感温元件组成,加热器线圈布置在测量管的中央,它将管壁和管内的流体加热,在加热线圈两边对称位置饶有两个感温热电阻R1和R2,测量与加热线圈对称的上、下游处管壁的温度T1、T2 。R1、R2与另外两个电阻R3、R4 组成惠斯登电桥,以测量温差 。加热器提供恒定的热量,通过线圈绝缘层、管壁、流体边界传导热量给管内流体。边界层内热量的传递可以看作热传导方式实现的。在流量为零时,测量管上的温度分布如图中的虚线所示,相对于测量管中心的上、下游是对称的,电桥处于平衡状态;当流体流动时,流体将上游的部分热量带给下游,导致温度分布变化如实线所示。由电桥测出两感温体的平均温差 T,便可按式(3.92)导出质量流量qm,即

          qm=K                                                (3.92)

式中A——感温元件周围环境热交换系统间的热传导系数;

cp——被测气体的比定压热容;

K——仪表系数。

由于测量管壁很薄且具有相对较高的热导率,因此仪表制成后A的变化可简化认为主要是流体边界热导率的变化,当适用于某一特定范围的流体时,A和cp都可视为常数,则质量流量仅与温差 T成正比。

为了获得良好的线性输出,必须保持层流流动,测量管制得细而长,即有很大的长径比。

此种气体质量流量计是假定气体的比定压热容cp为恒定值。实际上,对于一定的气体,比定压热溶cp值与气体的压力无关,而在一定的温度范围内,受温度的影响很小。但当被测气体是混合气体时,比定压热容的值将随组分比发生变化,以致在实际使用时,当被测气体的组成发生变化时,会带来显著的测量误差,必须进行校正,详见参考文献[6]。

按照热式质量流量计的原理,有的公司也推出了适用于液体微小流量测量的热式质量流量计。图3.66所示为5882/5892型液体质量流量计的实际功能图。

图3.66   5882/5892型液体质量流量计功能图

其测量范围有0~200g/h和0~1000g/h(用水标定)两种。流体黏度允许高达200mPa·s(仪表最大差压4MPa)。流量测量精确度为±0.5%FS。在特殊设计的传感器中,流体在测量管内流动,测量管中点温度T4被控制在比进口温度T3高20℃的恒定值,热量是垂直于管道轴线方向传送给流体。这一点同适用于气体的热式流量计恰恰相反。在区域1和区域2,流体分别被轻微地加热和冷却,流体温度从T2变化到T1,建立了垂直于测量管的能量流,该能量流经温度传感器测量,其温度差值 与质量呈精确的线性关系。

适用于气体的热式流量计与包含阻流件的大管道配合,可以很容易地扩大测量范围。适用于液体的热式流量计却不能,因为流体黏度变化、气泡、热对流和安装位置等都会直接影响其运行和性能。

5882/5892型仪表还具有控制功能,在其“SETPOINT”口输入代表设定流量的4~20mADC,质量流量就会跟踪该路信号,从而实现流量定值调节。

 

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