流量測量技術(shù)綜述

1、流量測量技術(shù)綜述摘 要：本文說明了流量測量技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，寫出了流量測量方法的分類及相關(guān)概念。分析流量測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，對四種常用流量計(jì)的機(jī)構(gòu)及原理進(jìn)行研究。介紹了流量測量技術(shù)在電廠中的應(yīng)用，并寫出了流量計(jì)的選型需要考慮因素。對流量測量技術(shù)進(jìn)行綜述。關(guān)鍵字：流量測量流量計(jì)原理選型趨勢1引言流量測量是工業(yè)過程測量中的一個重要參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中承擔(dān)著兩類重要任務(wù)：其一為流體物資貿(mào)易核算儲運(yùn)管理和污水廢氣排放控制的總量計(jì)量；其二為流程工業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本以及水利工程和環(huán)境保護(hù)等作必要的流量檢測和控制。流量測量涉及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。過程測量、能源計(jì)量、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸

2、等高耗能領(lǐng)域?qū)α髁繙y量的需求急速增長，為流量測量技術(shù)提出了新的要求。不僅要求流量測量儀表耐高溫高壓，而且能自動補(bǔ)償參數(shù)變化對測量精度的影響，從節(jié)約能源、成本核算、貿(mào)易往來及醫(yī)藥衛(wèi)生等方面的特殊要求考慮，要求流量測量精度高、 壓損小、可靠性高。新技術(shù)、新器件、新材料和新工藝及新軟件的開發(fā)應(yīng)用，使得流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度越來越高，流量的測量范圍越來越廣。同時流量計(jì)對測量介質(zhì)的要求在降低，適用范圍也越來越寬，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。2流量的測量 2.1流量測量的概念及方法分類介質(zhì)在單位時間內(nèi)通過給定的通道或管道橫截面的量叫做通過該截面的流量。流量的讀數(shù)可以是質(zhì)量單位或容積單位。流量也是總量除

3、以時間的商。反之，總量可以看作流量與時間的積。流量與總量都是物理量，彼此通過時間相聯(lián)系。流量測量方法大致可以歸納為以下四種：利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號來反映流量的差壓式流量測量法，用這種方法制成的儀表如轉(zhuǎn)子流量計(jì)、靶式流量計(jì)、彎管流量計(jì)等；通過直接測量流體流速來得出流量的速度式流量測量法，用這種方法制成的儀表如渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等；利用標(biāo)準(zhǔn)小容積來連續(xù)測量流量的 容積式測量，用這種方法制成的儀表如橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等；以測量流體質(zhì)量流量為目的的質(zhì)量流量測量法，用這種方法制成的儀表如熱式質(zhì)量流量計(jì)、科氏22國內(nèi)外新成果舉例2007年

4、清華大學(xué)高晉兀教授發(fā)表參數(shù)估計(jì)法測量兩相流流速一文，提出運(yùn)用模型參數(shù)估計(jì)可直接辨識隨機(jī)流動噪聲的渡越時間，能起到在時域?qū)鞲衅?信號進(jìn)行預(yù)濾波的作用，推動了我國在相關(guān)流量測量技術(shù)上的進(jìn)步。它的喉部和擴(kuò)散管巴西的Pereira所設(shè)計(jì)的改進(jìn)的音速噴嘴是一種新型的音速文丘里噴嘴。是分別加工的，因此便于制造，而且測量各部件的幾何形狀和尺寸也更方便；俄羅斯Kopp等人的基于流體動力學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮的速度式流量傳感器，十分引人注目；日本Yamada等人將鎧裝溫度計(jì)插在孔板的差壓檢測部位，并測試其對差壓測量值的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對差壓測量放幾乎沒有影響。這就使帶溫壓自動補(bǔ)償功能的差壓變送器的開發(fā)成為可3常用流

5、量計(jì)簡介 3.1節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)是一種典型的差壓流量計(jì)。疋目前工業(yè)生產(chǎn)中用來測量氣體、液體和蒸汽流量的最常用的一種流量儀表。節(jié)流式流量計(jì)通常由能將流體流量轉(zhuǎn)換成差壓信號的節(jié)流裝置及測量差壓并顯示流量的差壓計(jì)組成。如圖1所示。在節(jié)流件前后產(chǎn)生了差壓， 根據(jù)測量與節(jié)流式流量計(jì)基于流體流經(jīng)管內(nèi)固定的節(jié)流元件時, 流量有一定關(guān)系的差壓而確定被測流量的 大小。q / iL'Aj:武測量原理：把流體流動方程和連續(xù)性方程聯(lián)立得到體積流量公式如下:式中: pl、p2 選定兩截面上流體的靜壓力；u1、u2 選定兩截面上流體的平均流速;pl、p 2選定兩截面上流體的密度；D、d'選定兩截面

6、上流束直徑； 由上式可知，在節(jié)流元件確定條件下， 體積流量與差壓成正比， 通過差壓檢測裝置檢測差壓 后，經(jīng)計(jì)算就可得到體積流量的值。3.2電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于各種導(dǎo)電液體的體積流量測量，被測介質(zhì)在測量管內(nèi)， 由于沒有阻滯部件，所以沒有壓力損失。而且此流量計(jì)無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可測范圍大，而且線性較 好，測量精度高，可直接進(jìn)行等分刻度，適用管徑范圍寬。電磁流量計(jì)測量原理：設(shè)在均勻磁場中垂直于磁場方向放置一個直徑為D的管道。管道由不導(dǎo)磁材料制成，當(dāng)導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動時，導(dǎo)電液體切割磁力線， 因而在磁場及流動方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 如安裝一對電極，則電極間產(chǎn)生與流速成正比的電位差。通

7、過測量此電位差可求得流體流量。流體流量方程為:式中:B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D 管道內(nèi)徑；u 流體平均流速；E 感應(yīng)電勢。由式可知，當(dāng)測量管一定時，體積流量qv與比值E/B成正比，而與流體的狀態(tài)和物理參數(shù)無關(guān)，測量比值E/B即可得到體積流量 qv。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為恒定值時體積流量 qv與感 應(yīng)電動勢E成正比。通過測量感應(yīng)電動勢就可間接計(jì)算出流體體積流量。3.3渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)是60年代末出現(xiàn)的新型流量儀表。具有精度高、量程比寬、使用壽命長、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)深受用戶的歡迎，發(fā)展十分迅速。渦街流量計(jì)是利用流體振蕩的原理進(jìn)行流量測量。在均勻流動的流體中，垂直地插入一個具有非流線型截面的柱體，稱為漩渦發(fā)

8、生體，則在其兩側(cè)會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，當(dāng)每兩個旋渦之間的縱向距h和渦列間橫向距離 L滿足一定的關(guān)系，即 h/L=0.281時,這兩個旋渦列將是穩(wěn)定的，稱之為卡門渦街”，漩渦體產(chǎn)生頻率與流速的關(guān)系：式中：d 漩渦發(fā)生體的特征尺寸。則流體體積流量公式如下：4S式中：f漩渦產(chǎn)生的頻率；u 流體流速；d直徑，漩渦發(fā)生體的特征尺；St斯特羅哈爾數(shù)；D 管道內(nèi)徑；A在漩渦發(fā)生體處的流通截面積。由上式可知，在斯特羅哈爾數(shù)為常數(shù)的基礎(chǔ)上，通過渦街流量計(jì)的體積流量與漩渦頻率成正比。通過檢測漩渦頻率，就可以計(jì)算出流體積流量。3.4超聲波流量計(jì)超聲波在流動的流體中傳播時，就載上流體流速的信息， 利用接

9、收到的超聲波信號即可測量流體的流速與流量。具有無壓力損失、不擾流、輸出線性、量程比大等優(yōu)點(diǎn)。超聲波流量計(jì) 也存在些缺點(diǎn)：傳感器的安裝直接影響到計(jì)量的準(zhǔn)確度，因此對安裝的要求十分嚴(yán)格；準(zhǔn)確度小及電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；故障排除較困難；抗干擾性較差；對安裝地點(diǎn)環(huán)境要求較超聲波入射到管道流體中， 順流傳播時間與逆流傳播時間之差與流體的流速有確定的對應(yīng)關(guān) 系。超聲波測流量的作用原理有傳播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、相關(guān)法、流 速一液面法等多種方法。超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示系統(tǒng)組成。4流量測量技術(shù)在電廠中的應(yīng)用 4.1主蒸汽流量測量火電機(jī)組主蒸汽流量的準(zhǔn)確測量，對于機(jī)組的

10、經(jīng)濟(jì)性分析和節(jié)能降耗工作均具有重要的價 值。對于主蒸汽流量的測量，傳統(tǒng)上主要采用直接測量法，即使用孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì) 等進(jìn)行直接測量。直接測量主蒸汽流量的方法主要應(yīng)用于小型的汽輪發(fā)電機(jī)組，對于高參數(shù),特別是超臨界機(jī)組，采用直接測量方案在工藝及誤差控制方面都存在較大困難，并且節(jié)流損失也不容忽視。因此現(xiàn)今的大容量汽輪機(jī)組在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，為了減小節(jié)流損失，通常不設(shè)主蒸汽流量節(jié)流測量裝置，而是利用汽輪機(jī)DAS系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)間接換算得出主蒸汽流量，即采用間接測量法。采用間接換算法方案，源于汽輪機(jī)理論中著名的Flugel公式。對于具有n級的汽輪機(jī)組在變工況下未達(dá)臨界時，級組前后參數(shù)與流量之間的關(guān)系可由下

11、式表達(dá)：上式中：Gr為變工況下的流量， GO為設(shè)計(jì)工況下的流量； TO、P0表示設(shè)計(jì)工況下的主蒸 汽絕對溫度和壓力；TOr、POr表示變工況下的主蒸汽絕對溫度和壓力；P2表示設(shè)計(jì)工況下 的級后壓力，P2r表示變工況下的級后壓力。 當(dāng)所取的級組較多且含凝汽式機(jī)組的末級時，由于排汽壓力值與級組進(jìn)汽壓力值相比小得多，并且在級組前溫度變化較小時，溫度修正項(xiàng)接近于1，故上式可轉(zhuǎn)為更簡單的形式:大容量汽輪機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS ）顯示的主蒸汽流量是根據(jù)調(diào)節(jié)級壓力等測量參數(shù)經(jīng) 過換算求得的。對上式的應(yīng)用有著明確的條件限制：通流面積不變；級組內(nèi)各級流量相同； 級組內(nèi)各級前溫度變化率相同；級組內(nèi)不得串有其他

12、非線性元件。4.2循環(huán)水流量測量電廠循環(huán)水流量的測量，是測定冷卻水泵性能以及實(shí)現(xiàn)冷卻水泵優(yōu)化調(diào)度的重要環(huán)節(jié)。目前,在測定凝汽器的冷卻水流量時，通常采用超聲波流量計(jì)或者根據(jù)凝汽器的熱平衡推算冷卻水 流量。在汽輪機(jī)凝汽器中，除汽輪機(jī)排汽外，還有低壓加熱器的疏水在凝汽器中放熱。放出的熱量被冷卻水吸收。由于疏水量較小，而且其在凝汽器中放熱量也較少，故忽略各種疏水在疑汽器中的放熱量。則由凝汽器的熱平衡，蒸汽凝結(jié)所放出的熱量等于冷卻水吸收的熱量，即：其中，Dw為冷卻水流量；Dc為汽輪機(jī)的排氣量；hc-hc'為1Kg排氣在凝汽器中的放熱量， 其數(shù)值大小可由汽輪機(jī)的熱力試驗(yàn)確定。通常，按照實(shí)用精確度的原則，hc-hc'可以認(rèn)為是常量，對于中間再熱式汽輪機(jī)為2300KJ/Kg，非中間再熱式汽輪機(jī)為2200KJ/Kg ； cp為冷卻水的比熱；At為冷卻水在凝汽器中的溫升，其數(shù)值可以冷卻水入口及出口的溫度表記直 接得到。由于凝汽式汽輪機(jī)最末級處于超臨界流動狀態(tài)，故運(yùn)行中汽輪機(jī)排汽量與汽輪機(jī)最末段回?zé)岢槠麎毫Τ烧龋矗菏街校篋c0為汽輪機(jī)設(shè)計(jì)工況下的汽輪機(jī)排汽量；pe0為設(shè)計(jì)工況下汽輪機(jī)最末段回?zé)岢槠麎毫?；pel為運(yùn)行過程中實(shí)測的汽輪機(jī)最末段回?zé)岢槠麎毫?，Dc0、p