速度式流量計

速度式流量計
  速度式流量計，是從直接測量管道內(nèi)流體流速v作為流量測量依據(jù)的。若測得的是管道截面上的平均流速v則流體的體積流量qV=Av(A為測量管道橫截面積)，苦測得的是管道橫截面上某一點(diǎn)流速v，則流體的體積流量qV=KAv (K為截面上的平均流速與被測點(diǎn)流速的比值，它與臂道內(nèi)流速分布有關(guān))。
  在典型的層流或紊流分布的情況下，圓管橫截面上流速的分布是有規(guī)律的，K為確定值。但在閥門、彎頭等局部阻力件后，流速分布變得非常不規(guī)律，K值很難確定，而且通常是不穩(wěn)定的。因此，速度式流量計的一個共同特點(diǎn)是，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度不但取決于儀表本身的準(zhǔn)確度，而且與管道橫截而上的流速分布有關(guān)。為了使測量時流速分布與流量計檢定時的流速分布相一致，流量計要求在其前后有足夠長的直管段或加裝整流器，以使流體進(jìn)入流量計前速度分布就達(dá)到典刑的層流分布或典型的紊流分布。
  工業(yè)生產(chǎn)中使用的速度式流量計種類很多，本節(jié)僅介紹使用較普遍的渦輪流量計和水表二種速度式流量計以及超產(chǎn)波流量計。
  一、渦輪流量計
渦輪流量計是一種典型的速度式流量計。它是利用懸置于流體中葉片的轉(zhuǎn)子或葉輪感受流體的平均流速而推導(dǎo)出被測流體的瞬時流量和累積流量，從而實(shí)現(xiàn)流量測量目的。渦輪流量計通常由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成。
渦輪流量計是20世紀(jì)50年代研制發(fā)展起來的一種新型速度式流量測量儀表，它具有以下特點(diǎn)：
（1）測量準(zhǔn)確座高：其基本誤差為±0.5％～0.2％，有時可達(dá)±0.1％；
（2）量程寬：量程比為10：1，適用于流量變化幅度較大的現(xiàn)場測量；
（3）壓力損失小：工作流量下的壓力損失僅為0.005～0.075 MPa；
（4）耐高壓，適用溫度范圍寬；
（5）流量計元件可用各種抗腐蝕材料制成，可用于酸、堿、油和水等各種介質(zhì)的流量測量；
(6)輸出脈沖信號，易于實(shí)現(xiàn)信號遠(yuǎn)傳、自動控制和調(diào)節(jié)；
(7)流量計重復(fù)性好，動態(tài)響應(yīng)好；
(8)流量計結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、安裝維修方便。
渦輪流量計雖有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處，主要是使用要求高，且其特性和測量準(zhǔn)確度受被測流體粘度變化的影響較大。
  由于渦輪流量計具有上述特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門，測量介質(zhì)包括價格昂貴的油品，燃?xì)夂褪称芬海部捎糜谇鍧嵉臍怏w及酸、堿等各種腐性流體瞬時流量和累積流量的測量，還可在量值傳遞中作為標(biāo)準(zhǔn)流量計使用。
  (一)渦輪流量計的顯示儀表
  渦輪流量計的顯示儀表，是用來將渦輪傳感器輸出的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成瞬時流量和累積流量，并顯示出來。由于渦輪傳感輸出的是脈沖電勢信號，渦輪流量計的顯示儀表實(shí)際上是一種測量電頻信號的儀表。
  顯示儀表的種類很多，具體線路和功能都有許多不同之處，但其測量原理大同小異。從線路的構(gòu)成及其功能考慮，顯示儀表通常有放大整形、單位換算、頻率一電流轉(zhuǎn)換和瞬時流量指示、積算電路和累積流圾顯示、自檢裝置和電源部分構(gòu)成，加上接口與微機(jī)相連，劉流量信號進(jìn)行采集、進(jìn)一步處理或控制。
(二)渦輪流量計的特性
渦輪流量計的特性可從多個角度來敘述，這里僅就線性特性、頻率－流量特性和壓力特性三個主要方面分析討淪。
  (1)曲線特性，線性特性是表示儀表系數(shù)K和體積流量qV之間的關(guān)系。K—q特性曲線如圖11-3-1所示。   
  理想的線性特性曲線是平行于qV軸的直線。但由于流體水力特性的影響和葉輪上所受阻力矩作用的結(jié)果，實(shí)際的特性曲線具有高峰特征，高峰出現(xiàn)在傳感器上限流量的20％～30％處。產(chǎn)生高峰特征的原因是，當(dāng)流量減少到某一數(shù)值(通常為上限流量的20％—30％)時，作用于渦輪上的旋轉(zhuǎn)力矩和粘滯阻力矩都相應(yīng)地減少。但因粘滯阻力矩減少更顯著，所以渦輪的轉(zhuǎn)速反而提高，特性曲線出現(xiàn)高峰。隨著流量的進(jìn)一步減少，這樣使作用在渦輪上的所有阻力矩的影響相對突出，渦輪轉(zhuǎn)速降得快，特性曲線明顯下降。相反，當(dāng)流量增大到超過某一值時，作用在渦輪上的旋轉(zhuǎn)力矩增大；當(dāng)與阻力矩達(dá)到平衡時，特性曲線就顯得較平直。
  為了獲得高的測量準(zhǔn)確度，流量計的使用的范圍應(yīng)選在特性曲線的線性段。
(2)頻率—流量特性，頻率—流量特性是表示輸出信號頻率(f)與體積流量(qV)之間的關(guān)系。
  理想的f-qV曲線應(yīng)是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線。但從線性特性分析可知，在實(shí)際的流量測量中，儀表系數(shù)是隨流量大小的變化而有所變化，故其輸出脈沖數(shù)f與流量大小的變化偏離理想的f-qV曲線。
  (3)壓力損失特性，渦輪流量計的壓力損失產(chǎn)’L原因有二。一是渦輪本體對流體動能產(chǎn)生的機(jī)械阻力所引起的一部分壓力損失。流量越大，渦輪的轉(zhuǎn)速就越高，產(chǎn)生的機(jī)械阻力也就越大，引起的壓力損失就越大。這是渦輪流量計產(chǎn)生壓力損失的主要因素。二是流體的粘滯阻力引起的壓力損失。流體的粘度越大，產(chǎn)生的粘滯阻力越大。另外壓力損失還與儀表的公稱口徑等有關(guān)。
壓力損失δp與體積流量qV之間的實(shí)驗曲線。
儀表生產(chǎn)廠所給出的壓力損失，是在正常流量范圍內(nèi)的最大的壓力損失。

最常見的就是水表了！