近年来,国内外流量仪表总的发展趋势有以下几个特点:`
1.由于经典式的节流仪表(孔板、喷嘴、文丘利管)在现场使用中暴露出不少缺点,它保持已久的垄断地位已经消失,但仍占有较大的比童。
2.新型仪表(涡街、电磁、超声)日益成熟,在现场应用中的比重逐渐增大。
3、为提高流量测量的准确度,适应经济核算的要求,各种间接补偿及直接的质量流量计不断出现。
4.微电子技术已渗透到流量仪表领域,出现了不少新型智能化仪表。
5.工业的现代化、大型化要求流量仪表的结构力求简单、压损力求减小,各种插入式流量仪表应运而生,发展迅速。
一、孔板仪表的现状及改进
孔板流量计结构简单,适应的口径及工况宽阔,特别是长期以来积累了大量的设计、制造、使用的经验数据,国内外均已制定了标准,即使不进行实际校验,也可确定流量系数,因而为设计、使用部门广泛采用,几乎占现场使用流量仪表的80%左右,但在使用中也暴露出不多缺点,如:
1.压损太大。孔板的不可恢复压损约占输出差压的50肠~90呱。一台用于中30�？诰墩羝艿郎系目装�,由于压损可使年运行费达上万人民币。
2.特性受几何尺寸的影响较大。由于流体的冲刷、腐蚀以及油污的粘附,孔板锐边的流量系数有可能偏离设计值约10%。缺乏维修而又长期使用的孔板,准确度最好也只有3~5%左右。
3.装拆困难。对使用于大口径管道的孔板来说尤为突出。
4.输出差压与流量呈非线性关系,量程比仅为3：1。
为适应自动化对流量仪表提出的各种要求,在不断出现各种新型仪表的同时,孔板也在不断改善中。例如,为扩大量程,它本质上仍是节流仪表,但孔径可随流量值的大小自行改变,从而使输出差压与流量成线性关系。该仪表的量程比可达100：1,准确度为土1%,并可用水标定后用于蒸汽管道上。
二、涡街、电磁等新型流量仪声的应用领域不断增大
涡街流量计的原理是:当流体流过非线性物体时将在其后产生周期性的旋涡脱落,脱落的频率与流速成正比,因此,只要测出频率的大小即可推算出流量值。
涡街流量计自七十年代问世以来发展迅速,目前国内外已有十多利`产品。其主要优点是:输出量与流量成线性关系,量程比可达10:1;输出量为脉冲信号,便于远传、数据处理及与计算机联机;输出量与介质的温度、压力、粘度、密度、成份无关;无可动部件,便于维护,工作可靠。
虽然涡街流量计有以上突出的优点,但在现场应用中尚未达到预期的目的�？赡苁怯捎诠苣诘牧魉俜植级运墓ぷ饔跋旖洗�,特别是涡街的形成还有随机的不稳定现象,降低了流量总量的准确度。其次是它不适用于测粘度太大的流体以及采用某些检测方法时输出信号灵敏度有衰减的现象。因此,涡街流量计的研究主要有三个方面:
(l)研究产生稳定、强烈的旋涡发生体。目前发生体主要为柱状,从断面来看有圆、三角、梯形、矩形以及各种复合形状。针对二维柱体在三维圆管流可能产生随机不稳定现象,日本的高本正树近年曾提出过采用一种环形旋涡发生体(见图1),并进行了一些试验。他认为当环厚W为环平均直径d的1/6时,可产生稳定的涡街。当然,这种环状涡街流量计进入实用尚有不少间题有待解决,如环状发生体的支承、涡街频率的检测等。
(2)研究检测涡街频率的方法。检测频率的方法很多,如:热丝、热敏、超声、电磁、应变、扩散硅、电容、压电等。早期的热丝、热敏方法灵敏度虽然较高,但由于检测元件暴露在流体之中,易受污染而导致灵敏度下降,允许承受的温度也较低,近年来不少厂家将压电或扩散硅封装在涡街发生体内或管道外的检测杆上,使涡街流量计的温度上限提高到300℃,抗污染能力也大有提高,扩大了仪表的应用领域。
(3)研究频率的信息处理。在信息处理上采取一些措施可以提高频率检测的稳定性,降低低频波动的噪声源等,以弥补流体振荡信息之不足。其次,为提高流量测量的精确度,除了涡街频率信息外,还可引入温度、压力检测信息组成质量流量计。微型机的普及、推广和成本不断下降,也为涡街流量计的智能化辟开了广阔的前景。
2.电磁流量计
电磁流量计也是一种很有前途的流量仪表。由于仪表中没有任何障碍物,特别适用于测含有固相物的液体流量,如污水、纸浆、矿浆等。近年来,欧、美、日等先进国家生产这种仪表的厂家约占流量仪表厂家的10~2。肠,现场应用比重也不断增加,特别在以下几个方面有了较大的发展:
(l)扩大了流体的应用范围。限制使用电磁流量计的主要因素是流体导电率,其下限为50微姆欧/厘米。1984年国外推出了高灵敏度的电磁流量计,流体的导电率可低至1微姆欧/厘米,仪表口径为里~4英寸。
(2)增加了抗干扰能力。过去,电磁流量计励磁采用50Hz交流电,电源虽简单,但易受市电干扰,零漂较严重。现在采用了键控开关电路,低频方波励磁,排除了干扰,减少了零漂,仪表准确度从1.5级提高到0.5级。
(3)非接触电极。传统的电磁流量计在管内有一对与被测介质相接触的电极,在测强腐蚀液体及污秽浆液时,电极裸露部份易被腐蚀或污损。一种电容祸合电极的电磁流量计,口径中65至中500,在管道内不再有裸露部分,克服了被腐蚀、污损的缺点。
(4)微型化。由于管内流速分布是非均匀的,因此,采用非均匀磁场可以有效地利用磁场强度,从而使电磁流量计的口径进一步微型化。
三、插入式流量仪表发展迅速
流量仪表的体积与重量是随口径成立方增长的,如果按比例放大结构,将使大口径流量仅表显得特别笨重。其次,当口径较小时,流量仪表的压损无关紧要,而当口径(如孔板)增大时,其压损折合年运行费将大得难以为人们所接受。因此,大口径流量仪表应具有结构简单、压损较小的特点,按此要求,插入式流量仪表用于大口径流量测量较为适宜。
插入式流量仪表是一种以插入式安装形式为特征的仪表,如插入式涡轮、插入式涡街流量计、插入式电磁流量计以及皮托管、皮托文丘利管等等。这些插入式流量仪表一般指测管道内某一点流速以推算流量的仪表。这种测量方法对直管道长度有较高的要求,而现场中的流速分布不可能那么严格规范,因此,按ISO7145的推算,用该方法测流量的准确度很难超过±3%。
为提高插入式流量仪表的准确度,有人提出了这样的设想:安装仍保持方便的插入形式,而在管道直径方向测多点流速以适应管道中流速分布的变化。
近年来,一种双桨反向插入式涡轮流量计(见图3),它其有二个桨叶,旋转方向相反,沿管道直径方向插入。测试表明它可以在较宽的范围内适应流速分布的变化,即使是较恶劣的流场下,如在紧接900弯头不到ZD的地方安装流量计,仍可保持较高准确度。与单桨叶插入式涡轮流量计比较,准确度可提高约三倍。
提高插入式流量计准确度的另一途径是通过检测头的微型化来减小对流场的干扰。插入式涡轮流量计检测头直径不到2英寸,这种仪表还有一个定位机构以保证安装时叶轮的轴线与管道轴线相平行;插入式电磁流量计的检测头直径仅l英寸,可用于在4、60英寸管道上测流量。除此而外,有些仪表还附属了一些机构,使仪表功能更趋完善,如插入式电磁流量计,具有检测流量变化范围的数字开关以及监测管道中流动情况的信号开关和低流量开关。
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