質(zhì)量流量計(jì)可分為兩類:一類是直接式,即直接輸出質(zhì)量流量;另一類為間接式或推導(dǎo)式 直接式質(zhì)量流量計(jì) 間接式質(zhì)量流量計(jì) 熱式質(zhì)量流量計(jì) 差壓式質(zhì)量流量計(jì) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
質(zhì)量流量計(jì)可分為兩類:一類是直接式,即直接輸出質(zhì)量流量;另一類為間接式或推導(dǎo)式,如應(yīng)用超聲流量計(jì)和密度計(jì)組合,對(duì)它們的輸出再進(jìn)行乘法運(yùn)算以得出質(zhì)量流量。
直接式質(zhì)量流量計(jì)
直接式質(zhì)量流量計(jì)有多種類型,如量熱式、角動(dòng)量式、陀螺式和雙葉輪式等。這種儀表適于測(cè)量小流量氣體,缺點(diǎn)是惰性大,測(cè)量值與氣體的定壓比熱有關(guān),測(cè)量元件與介質(zhì)接觸,易被沾污和腐蝕。 為雙孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)。在管道A、B處安裝兩個(gè)相同的孔板。在分流管道中裝有兩個(gè)相同的可產(chǎn)生方向相反的恒定體積流量q的定流量泵。兩孔板前后壓力差△P=P1-P3=4KρQq,與ρ、Q成正比。式中K為常系數(shù),ρ為密度,Q為管道體積流量,ρQ即為質(zhì)量流量。雙葉輪式質(zhì)量流量計(jì)是在同一直線上前后安裝兩個(gè)傾角分別為x1和x2的葉輪,兩葉輪之間利用扭簧連接,流體通過時(shí),兩葉輪之間產(chǎn)生一個(gè)偏移角x,那么兩葉輪間力矩差△M與質(zhì)量流量Qm,流速u,傾角x1,x2存在△M=Qm*u*(k1*tgx1-k2*tgx2)的關(guān)系(k1和k2為葉片結(jié)構(gòu)尺寸常數(shù)),△M=k3*u*Qm,(k3=k1*tgx1-k2*tgx2).偏移角x=k4*△M=k4*k3*Qm*u;而葉輪組旋轉(zhuǎn)速度U與流體的流速成正比,U=k6*u,則整個(gè)葉輪組轉(zhuǎn)過兩葉輪偏角x所需的時(shí)間△t=x/U=k7*Qm.通過專用計(jì)數(shù)器測(cè)量出△t便能得出質(zhì)量流量Qm。
間接式質(zhì)量流量計(jì)
間接式質(zhì)量流量計(jì)有 3種主要型式:速度式流量計(jì)與密度計(jì)的組合,節(jié)流式(或靶式)流量計(jì)與容積式流量計(jì)的組合,節(jié)流式(或靶式)流量計(jì)與密度計(jì)組合。
還有一種根據(jù)流體的工作壓力、溫度將容積流量計(jì)的測(cè)量值換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積流量。但是,當(dāng)介質(zhì)的種類或成分改變時(shí),它不能給出準(zhǔn)確的質(zhì)量流量。嚴(yán)格說(shuō)來(lái),它不屬于質(zhì)量流量計(jì)。 輸出密度、比重、體積流量、質(zhì)量流量、質(zhì)量能量流量等,兼有指示、模擬量輸出、打印、越限報(bào)警、儀器故障報(bào)警等多種功能。
帶微型機(jī)的質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x表又稱為質(zhì)量流量計(jì)算機(jī),是一種通用性的新型流量測(cè)量?jī)x表。它可以輸入流體的密度、流量(渦輪流量計(jì)、節(jié)流流量計(jì))、比重、溫度、壓力、熱量等信號(hào)。
熱式質(zhì)量流量計(jì)
熱式質(zhì)量流量計(jì)的基本原理是利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱,熱能隨流體一起流動(dòng),通過測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的熱量(溫度)變化來(lái)反映出流體的質(zhì)量流量。
當(dāng)流體成分確定時(shí),流體的定壓比熱為已知常數(shù)。因此由上式可知,若保持加熱功率恒定,則測(cè)出溫差便可求出質(zhì)量流量;若采用恒定溫差法,即保持兩點(diǎn)溫差不變,則通過測(cè)量加熱的功率也可以求出質(zhì)量流量。由于恒定溫差法較為簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn),所以實(shí)際應(yīng)用較多。這種流量計(jì)多用于較大氣體流量的測(cè)量。
為避免測(cè)溫和加熱元件因與被測(cè)流體直接接觸而被流體玷污和腐蝕,可采用非接觸式測(cè)量方法,即將加熱器和測(cè)溫元件安裝在薄壁管外部,而流體由薄壁管內(nèi)部通過。非接觸式測(cè)量方法,適用于小口徑管道的微小流量測(cè)量。當(dāng)用于大流量測(cè)量時(shí),可采用分流的方法,即僅測(cè)量分流部分流量,再求得總流量,以擴(kuò)大量程范圍。
圖1為量熱式質(zhì)量流量計(jì)。當(dāng)流體靜止時(shí),熱源兩端對(duì)稱放置的溫差電偶指示溫度相等。 常用的旁通管式質(zhì)量流量計(jì)把管路用細(xì)管分成無(wú)數(shù)小型管路,再把其中一個(gè)管路引出來(lái),把傳感器置于旁通管外,此方法測(cè)量元件與介質(zhì)隔開,但是響應(yīng)速度和精度稍低,通過加工技術(shù)的進(jìn)步,流量計(jì)的精度和重復(fù)性都有了很高的進(jìn)步。
熱式質(zhì)量流量計(jì)根據(jù)熱源及測(cè)溫方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種。
1.接觸式熱式質(zhì)量流量計(jì)
這種質(zhì)量流量計(jì)的加熱元件和測(cè)溫元件都置于被測(cè)流體的管道內(nèi),與流體直接接觸,常被稱為托馬斯流量計(jì),適于測(cè)量氣體的較大質(zhì)量流量. 由于加熱及測(cè)量元件與被測(cè)流體直接接觸,因此元件易受流體腐蝕和磨損,影響儀表的測(cè)量靈敏度和使用壽命。測(cè)量高流速、有腐蝕性的流體時(shí)不宜選用,這是接觸式的缺點(diǎn)。
2.非接觸式熱式質(zhì)量流量計(jì)
這種流量計(jì)的加熱及測(cè)溫元件都置于流體管道外,與被測(cè)流體不直接接觸,克服了接觸式的缺點(diǎn)。
差壓式質(zhì)量流量計(jì)
差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量計(jì),實(shí)際應(yīng)用中利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量。常見的有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結(jié)構(gòu)。
雙孔板結(jié)構(gòu)形式如圖6所示,在主管道上安裝結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同的兩個(gè)孔板A和B,在分流管道上裝置兩個(gè)流向相反、流量固定為的定量泵,差壓計(jì)連接在孔板A入口和孔板B出口處。
圖2為雙孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)。在管道A、B處安裝兩個(gè)相同的孔板。在分流管道中裝有兩個(gè)相同的可產(chǎn)生方向相反的恒定體積流量q的定流量泵。兩孔板前后壓力差△P=P1-P3=4KρQq,與ρ、Q成正比。式中K為常系數(shù),ρ為密度,Q為管道體積流量,ρQ即為質(zhì)量流量。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(簡(jiǎn)稱科氏力流量計(jì))是一種利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來(lái)直接測(cè)量質(zhì)量流量的儀表。
科氏力流量計(jì)結(jié)構(gòu)有多種形式,一般由振動(dòng)管與轉(zhuǎn)換器組成。振動(dòng)管(測(cè)量管道)是敏感器件,有U形、Ω形、環(huán)形、直管形及螺旋形等幾種形狀,也有用雙管等方式,但基本原理相同。下面以U形管式的質(zhì)量流量計(jì)為例介紹。
圖3為雙葉輪式質(zhì)量流量計(jì)。在殼體內(nèi)同軸地安裝兩個(gè)葉片角不等的葉輪,中間用彈簧連成一體。兩輪受到的轉(zhuǎn)矩之差,使彈簧扭轉(zhuǎn)角α。 α與質(zhì)量流量M 和角頻率&owega;之積成比例,即α ∝M&owega;。測(cè)出角位移 α所需的時(shí)間 , 即可測(cè)出M 值。測(cè)量的方法是:在殼體上裝兩個(gè)電磁檢測(cè)器,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)渦輪產(chǎn)生脈沖時(shí),開始計(jì)數(shù)。第二個(gè)渦輪產(chǎn)生脈沖時(shí),停止計(jì)數(shù)。根據(jù)計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)頻率測(cè)出時(shí)間t,進(jìn)而求出M 值。