气体流量计的选用_金湖汉森尔自动化设备有限公司

气体流量计的选用

发布时间：2023-01-19 23:54:03来源：hseauto.cn来源：.. 字体: 大中小

        玻璃生产线（含全氧燃烧、富氧燃烧、特种玻璃、深加工玻璃线等）常有些气体介质的流量需要测量，如助燃风、调温风等冷却风、压缩空气、惰性气、氮气、氢气、氧气、天然气、液化气、蒸汽等。以最常见的风流量计的选型应用为例，按时期先后大致如下：节流差压式流量计（标准节流孔板、文丘里管等），涡街流量计，差压式流量计
（均速管流量计），热式质量流量计，节流差压式流量计（弯管流量计），节流差压式流量计（多孔孔板平衡流量计）等。几种流量计各有优缺点，下面对它们进行一些分析探讨，以期合理选型正确使用。
        1.标准节流差压式流量计
        标准节流孔板及文丘里管等典型的节流差压式流量计，是传统最常见的流量计。基于流体连续性原理和流体力学能量守衡原理，遵从伯努利定律。标准节流式流量计的基本公式为：
        质量流量：M=αεA_d（2ρ△P)^1/2
        体积流量：Q=M/ρ=αεA_d（2△P/ρ)^1/2
        α--流量系数，ε--流束膨胀系数，A_d--工作状态下节流件开孔面积，ρ--节流件上游侧取压处流体密度，标准节流件上、下游侧规定的取压孔位置上所测得的静压力之差。
        以孔板流量计为例，推导得其应用公式为：
        Q=0.01252αεk_td²（△P/ρ)^1/2
        当孔板流量系数α、流束膨胀系数ε、管道与孔板材料热膨胀校正系数k_t、流体密度ρ及孔板节流孔径d近似视为常数C时，流体流量Q与孔板前、后的压力差△P的平方根成正比，公式简化为：
        Q=C△P^-2
   2.均速管流量计
        属差压式流量计，由单点测速的皮托管演变发展而来，基于流体力学能量守衡原理，遵从伯努利定律。流体的全压（总压力）等于其动压加静压，测得流体的平均全压与平均静压之差△P，就获得流体的平均动压值。流体的平均动压即平均差压△P与平均流速V间的关系为：
        V=K（2△P/ρ)^1/2
        Q=A V
        其中K为均速管流量系数，A为管道有效截面积。
        均速管流量计导致的流体压力损失很小，其永久压力损失仅是标准孔板的5%以下，均速管结构简单，安装维护比较方便（但比涡街流量计和热式质量流量计要增加取压导压管和差压变送器），大口径管路流量测量时优点突出。各公司标称的所需直管段差异很大，有的小到2D，大的却要20D：价格差异也很大，不含差压变送器，便宜的一两千元，贵的上万元。
        3.热式质量流量计
        热式质量流量计基于热传递原理。传感元件是封装于不锈钢套管内的2个精密热电阻RTD（一般为铂电阻），其一是流体介质温度传感元件，另一为加热兼传感元件，由它们组成惠斯登电桥的两个桥臂，控制加热传感器的加热功率，以使加热传感器和参比温度传感器间保持恒定温差△t=ts-ta=常数。流体流过加热传感器所带走的热量和流体的流速与密度之积ρV的m次方成正比，即与流体的质量流量的次方成正比。流体的质量流量变化时，必须同时相应改变加热传感器的加热功率，才能保持△：不变，故测得加热功率就间接地测得流体的质量流量。检测元件总热损失E与质量流速ρV、质量流量M间的函数关系式如下：
E=（kA_s/d）[B+C（ρVd/u）^m](Ts-Ta）
        M=A p V
         k--流体导热系数，As--被加热元件面积，B--传感器支撑件的自然对流、热辐射和热传导总的热传递常数（相对于介质的强制对流，传感器的自然对流、热辐射和热传导影响极小），C--常数，d--传感器直径，u--流体黏度，m--系数（一般m≥0.3），Ts--元件表面温度，Ta--介质温度，A--管道有效截面积
        总结
        标准节流孔板、文丘里管等传统节流差压式流量计永久压力损大（由于死区和大量涡流），量程比小，要求直管段长，尤其不适合允许压力损小、直管段短和大口径管路的测量。
        新型的多函数孔圆盘式平衡流量计BFM（Balanced Flow Meter），是美国航空航天局、马歇尔航空飞行中心深入研究、大量试验的成果，巧妙地将传统整流器和节流件一体化、创新化，虽然原理类同标准孔板等节流式差压流量计，同样遵从伯努利定律，但由于圆盘具有多个独特的函数孔，在节流同时还对流体进行整流和平衡调整，因此在减小直管段要求（最短0.5D），减小永久压力损（是传统的13），提高量程比（>10：1）、测量精度（优于0.5%）、稳定性（噪声是传统的1/15）、耐污堵等方面均有极大改善。还可测双向流、气液两相流、浆料甚至固体颗粒流，几乎适用于所有流体。
        以下是多孔平衡流量计与其它差压式流量计的对比（由于各制造厂及现场状况的差异，以下有些描述不尽准确，个别作了修改，仅供参考）：

类型	多孔平衡	锥形	孔板	喷咀	文丘里	均速管	楔式	弯管
节流原理	平衡节流	边缘节流	中心节流	中心节流	缩管节流	双腔	非对称	离心力
测量介质	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽	气/液/蒸汽
管径范围	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
精度等级	0.3%-0.5%	0.5%-1.0%	1 %-2%	1%-2%	1%-2%	1%-2%	1%-2%	1%-2%
长期稳定性	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
压力损失	10%-30%差压	30%-50%差压	60%-100%差压	60%-100%差压	10%-30%差压	10%-20%差压	60%-100%差压	10%-20%差压
耐脏耐堵性	好	好	差	差	好	差	好	中
双向测量	能	不能	不能	不能	不能	不能	能	能
雷诺数范围	210²-110⁷	810³-510⁶	>8*10³	>2*10⁴	>8*10⁴	>8*10⁴	>3*10²	>1*10⁵
高流速测量	好	好	差	好	好	好	差	好
低流速测量	好	好	差	差	差	很差	中	很差
双相流测量	很好	一般	不能	不能	一般	差	不能	差
体积	中	较大	小	中	很大	小	大	中
价格	中	中	低	中	高	低	高	中
使用寿命	很长	长	短	中	长	中	中	长

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