氣體流量計的種類及工作（zuò）原理

一（yī）、旋進旋渦流量計產（chǎn）品（pǐn）特點、用途和適用（yòng）範圍

很高興您購買本款智能旋進旋渦流量計，該流量計是我公司通過多年（nián）實踐和學習國外先進技（jì）術（shù）開發研製的（de）具有**水平的新型氣體流量儀表。該流量計可集流量、溫（wēn）度、壓力檢測（cè）功能於一體，並能進行（háng）溫度、壓力、壓縮因子自動補償，並且具有較強的抗震動和抗幹擾能力，高（gāo）精度和高重複性,是石油、化工、電力、冶金等行業用於氣體計量的理想儀表（biǎo）。

1.1 產品主要特點

1.無（wú）機械可動部（bù）件，不易腐蝕，穩定可靠，壽命長，長期（qī）運行無須特殊（shū）維護；

2.采用 16 位計算機（jī）芯片，集成度高，體積小（xiǎo），性能好，整（zhěng）機功能強；

3.智能型流量計集流量探頭、微處理器、壓力、溫度傳感器於一體, 采取內置式組（zǔ）合,使結構更加緊湊，可直接測量流體的流量、壓力和溫度，並自動實時（shí）跟蹤補償和壓縮因子修正；

4.采用雙探頭檢測（cè）技術及新型傳感器處理技術（shù）、合理的安裝方式，大（dà）大地提（tí）高信號強度，使傳感器能準確（què）地檢測出（chū）信號，並抑製由管線振動引起的幹擾；

5.采用（yòng）國內**的智能抗震技術，有效（xiào）的抑製了震動和（hé）壓力波動造成（chéng）的幹擾信號；

6.采（cǎi）用漢字點陣顯示屏，顯示位數多（duō），讀數直觀（guān）方便（biàn），可直（zhí）接顯示工作狀態下的體積流量、標準狀態下的體積流量、總量，以及介質壓（yā）力、溫（wēn）度等參數；

7.轉換器可輸出頻率脈衝、4～20mA 模擬信號，並具有 RS485 接口，可直接（jiē）與計算機聯網，傳（chuán）輸距離可達 1.2km；

8.多物理量參數報警輸出，可（kě）由用戶任（rèn）選其（qí）中之一；

9.壓力、溫度信號為傳感器輸入方式，互換性強；

10.整機功耗低，可用內置電池供電，也可外接電源。

 

1.2 主要用途

智能旋進旋渦流量（liàng）計可廣泛應用於石油、化工、電力、冶（yě）金、城市供（gòng）氣等行業（yè）測量各種氣體流量，是目前油田和城（chéng）市天然氣輸配計量和貿易計量的*選產品。

 

二（èr）、旋進旋渦流量計結構與（yǔ）工作原理

2.1 流量計結構

旋進旋渦流量計結構（gòu）緊湊（còu），主要由殼（ké）體、旋渦發生體、傳感器（qì）（溫度、壓力、流量）、整流器和積算儀構成。

1.旋渦發生體：用鋁合（hé）金製成，具有一定角度的螺旋葉片，它固定在（zài）殼體收縮段前部，強迫流體產生強烈的旋渦流。

⒉殼體：本身帶有（yǒu）法蘭，並有一定形狀（zhuàng）的（de）流體通道（dào），根據不同的工作壓力，殼體材料可采用鑄鋁合（hé）金或不鏽鋼。

⒊智能流量（liàng）計積（jī）算儀：由溫度（dù）、壓力檢測模擬通道、流量檢測數字通道以及微處理單元、液晶驅動電路（lù）和其它輔助電（diàn）路組成，並（bìng）配有外輸信號接口。

4.溫度傳感器：以 Pt100/pt1000 鉑電阻為溫度敏感元件，在一定（dìng）溫度範圍內，其電阻值與溫度成對應關係。

5.壓力傳感（gǎn）器：以壓阻式擴散矽橋路為敏（mǐn）感元件，其橋臂電阻在外界壓（yā）力作用下會發生預期變化，因此在一（yī）定激勵電流作用（yòng）下，其兩個（gè）輸出端的電位差與外界（jiè）壓力成正（zhèng）比。

6.流量傳感器（qì）：安（ān）裝在靠近殼體擴張段的喉部，可檢測出旋渦進動的頻率信號。

7.整流器：固定在殼體出口（kǒu）段，其作用是消除旋渦流，以減小（xiǎo）對下遊儀表（biǎo）性（xìng）能的影響。

 

2.2 工作原理

流量傳感器的（de）流通剖麵（miàn）類似文丘（qiū）利管的型式（如（rú）圖 2）。在入口側安放一組螺旋型導（dǎo）流葉片，當流體（tǐ）進入流量傳感器時，導流葉片迫使流體產生劇烈的旋渦流。當流體進入擴散（sàn）段時，旋渦流受到回流（liú）的作用，開始作（zuò）二次（cì）旋轉，形成陀螺式的渦流進動現象。該進動頻率與流量大小（xiǎo）成正比，不受流體物理性質和（hé）密度的影響，檢測元（yuán）件測得流體（tǐ）二次旋轉進動頻率就能在（zài）較寬的流（liú）量範圍內獲得（dé）良好的線性度。信號經前置放大器放大、濾波、整形轉換為與流速成正比的脈衝信號，然後再與溫度、壓力等檢測信號一（yī）起被送往微處理器進行積（jī）算處理，*後在液晶顯示屏上顯示出測量結果(瞬時（shí）流（liú）量、累積流量（liàng）及溫度、壓力數據)。積算儀原理框圖如圖 3 所示。

2.3 流量積算儀工作（zuò）原理

流量積算儀由溫度和壓力檢測模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單（dān）元組成，並配（pèi）有外輸出信號接口，輸出各種信號。流量計中的微處理器按照氣態方程進行溫壓補（bǔ）償，並動進行壓縮（suō）因子修正，氣態方程（chéng）如下（xià）：

QN——標況下的體積流量(Nm3/h)；

QV——工況下（xià）的體積（jī）流量（liàng）(m3/h)；

Pa——當地大氣壓力（KPa）；

P ——流量計取壓孔測量的表壓（KPa）；

PN——標準狀態下的大氣壓力（101.325 KPa）；

TN——標準狀態下的絕對溫度（293.15K）；

T ——被測流體的（de）絕對溫度（K）；

ZN——氣體在標況下的壓縮係數；

Z ——氣體在工況下的壓縮係數；

注：當用（yòng）鍾罩或負壓標定時取 ZN/Z=1，對天然氣(ZN/Z)1/2=FZ為超壓縮因子。按中國石油天然氣總公司的標準 SY／T6143－1996 中的公式（shì）計算。

 

一、錐形流量計介紹

1、綜述

錐形流（liú）量計是一種新型的（de）可精確測量各種雷諾數的高精（jīng）度流量計，可滿足各種介（jiè）質的（de）應用條（tiáo）件要求其操作原理同其（qí）它各種類型的差壓原理相同，都是基於密封管道中的能量守恒（héng）定理，錐形流量計（jì）由於具有****的設計結構，因而性能更優。

錐形流量計是在管道中（zhōng）心處懸掛一錐形節流（liú）件，錐形件阻礙介（jiè）質的流動，重塑流速曲線（xiàn），在錐形性（xìng）的（de）下遊可立即形成低壓區，管道上遊的正壓同經（jīng）節流件節流後的下遊的負壓之間有一差壓，將正、負壓用取壓口取出（chū），正壓口位於管道的上（shàng）遊，負壓口位於椎體的末端，通過測量兩者之間差壓，根據伯（bó）努利方程即可計算出管道中的流量，椎體位於管線中心，可對所（suǒ）測介質的流速曲線進行優化，因此測量精度高，對儀（yí）表上、下（xià）遊的直管段要求低。

錐形流量計可測量（liàng）各種工況（溫度和（hé）壓（yā）力）條（tiáo）件下的氣相、混合氣（qì）相、液相、多相（xiàng）液體、氣（qì）液兩相（濕氣、液相質量比≤5%）、粉末、高粘度、高流速、髒汙、含有固體懸浮顆粒的液相、溶液振動、電磁幹擾等（děng）介質的流量。流體的條件可從深低溫到超臨界狀（zhuàng）態。工作溫度*高850℃，*大壓（yā）力42.0MPa。若用特殊（shū）結構材質，溫度壓力還可以更高。可測量*高雷諾（nuò）數500萬，*低雷諾數8000甚至更低。產生滿（mǎn）刻度差壓信號從*低小於0.1千帕到*高幾十千帕。

法蘭取壓型錐形（xíng）流量（liàng）計（VF），采（cǎi）用實心椎體截流體，並在管壁用法蘭取壓，配上遠傳差壓變（biàn）送器（qì），可有效防止取壓口的堵塞，適合於含有（yǒu）固體顆粒粉塵介質、高粘度液體（tǐ）及髒汙介質。

2、工作原（yuán）理

錐形流（liú）量計是一（yī）種差壓型的流量（liàng）儀表。以差壓原理設計的流量儀表已經（jīng）有了一百多年（nián）的應用曆史了，差壓（yā）型流（liú）量計是基於密封管道中的能量轉換原理，也就是說（shuō）對（duì）於穩定流體，管道壓力與管道中的（de）介質流速的平方根（gēn）成反比：速度增（zēng）加壓力會下降，當介質接近椎體時，其壓力為P1，在介質通過椎體的節流區（qū）時，速度會增加壓力會（huì）降低為P2，如圖1所示，P1和P2都通過錐形流（liú）量計的取壓（yā）口引到後接（jiē）差壓變送器上，流速發生變化（huà）時，錐形（xíng）流量計的兩（liǎng）個取壓口之間的差壓值會增大或縮小。當流速相（xiàng）同時，若節流麵積（jī）大，則（zé）產生（shēng）的差壓值也大，β值等於錐體的節流麵積（jī）除以管道內徑（jìng）的（de）截麵積（可換算成兩（liǎng）者之間的直徑比）。

 

3、主要計算（suàn）公（gōng）式：

錐體的外形是通過多年的連續試驗、評估和改進後得（dé）出的，是此（cǐ）類流量計的（de）*佳外形。能在不同的工況中使（shǐ）用。我們可以借助管道流（liú）速（sù）曲線來理解錐形流量計的（de）性能。如果介質通過一個很長的管道，而且在管（guǎn）道中沒有受到任何（hé）阻礙和幹擾，那（nà）它的流速分布將（jiāng）很均勻。靠近管（guǎn）壁的流速幾乎為零，而（ér）管道（dào）中心的流速將達到*大。（如圖2）當（dāng）我們將錐體懸掛在（zài）管線中心（xīn）時，錐體將直接同流（liú）體的高（gāo）速（sù）區接角，迫使高速區的（de）流體（tǐ）同（tóng）近管壁低速區的流體（tǐ）混（hún）合（hé）從而使（shǐ）流速均勻化，這樣測出流體的流（liú）速更加準確（què）。

在現實工況（kuàng）中，流速是很難分布均勻的，很多情況都會造成流體分布的不均勻。管道上的任何變化都可能對流（liú）體造成影響：如彎頭、閥門、縮（suō）徑、擴徑、泵、三通等等。而錐形流量計利用錐體（tǐ）對流速分布曲線進行重新塑造（如圖3），經過錐體“整流”後的流（liú）體分布趨於均勻，可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高（gāo）的測量精度。這樣使得（dé）錐形流量計的應用範圍更（gèng）加寬闊。

上遊幹擾造成流速曲線（xiàn）不規格