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技术文章-水流量计

水流量计的种类及工作原理

发布时间:2022-05-11 09:23:01 人气: 300

水电站生态流量的泄放涉及测流装置(流量计)。水流量计根据工作原理有很多种,选型时需要根据实际工况来选择随适合的流量计。本文汇总了部分水流量计的工作原理。


1 电磁流量计

电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应规律。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通管壁固定在测量管上。其电极头于衬里内表面基本齐平。励磁线圈由双向方波脉冲励磁时,将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为 B 的工作磁场。此时,如果具有一定电导率的流体流经测量管,将切割磁力线感应出电动势 E。电动势 E 正比于磁通量密度 B,测量管内径 d 与平均流速 V的乘积、电动势 E(流量信号)由电极检出并通过电缆送至转换器。转换器将流量信号放大处理后,可显示流体流量,并能输出脉冲,模拟电流信号,用于流量的测量和控制。

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式中:

E---------为电极间的信号电压(v)

B---------磁通密度(T)

d---------测量管内径(m)

V--------平均流速(m/s)

K---------常数

由于 K 为常数,励磁电流是恒流的,故 B 也是常数,则由(1-1)式可知,体积流量 Q 与信号电压 E 成正比,即流速感应的信号电压 E 与体积流量 Q 成线性关系。因此,只要测量出 E 就可确定流量 Q,这就是电磁流量计的基本工作原理。

由(1-1)式可知,被测流体介质的温度、密度、压力、导电率、液固两相流体介质的液固成分比等参数不会影响测量结果。至于流动状态只要符合轴对称流动(如层流或紊流)就不会影响测量结果的。因此说电磁流量计是一种真正的体积流量计。

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电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。


2 涡轮流量计

流体通过传感器壳体时,由于叶轮的叶片与流向有一定的角度,流体的冲力使叶片具有转动力矩,克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转,在力矩平衡后转速稳定,在一定的条件下,转速与流速成正比,由于叶片有导磁性,它处于信号检测器(由永久磁钢和线圈组成)的磁场中,旋转的叶片切割磁力线,周期性的改变着线圈的磁通量,从而使线圈两端感应出电脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形,形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波,可传至显示仪表,显示出流体的瞬时流量或累积流量。

在一定的流量范围内,脉冲频率 f 与流经传感器的流体的瞬时流量 Q 成正比,流量方程为: 

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式中 qv —— 流体的瞬时流量(工作状态下)m3/h ;

f —— 脉冲频率,Hz; 

K —— 传感器的仪表系数 m-3 ,由校验单给出。 

每台传感器的仪表系数由我公司填写在检定证书中,K 值设入配套的显示仪表中,便可显示出瞬时流量和累积总量。

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涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。

涡轮流量计、容积式流量计和科里奥利质量流量计被称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品。


3 涡街流量计

在流体中设置非流线型旋涡发生体(阻流体),则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图(一)所示。

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旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为 f,被测介质来流的平均速度为 V,旋涡发生体迎流面宽度为 d,表体通径为 D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式:

f=StV/d   公式(1)

式中:

f-发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St-斯特罗哈尔数(无量纲数)

V-流体的平均流速

d-旋涡发生体的宽度

由此可见,通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。其中,斯特罗哈尔数(St)是无因次未知数,图(二)表示斯特罗哈尔数(St)与雷诺数(Re)的关系。

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在曲线表中 St=0.17 的平直部分,漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量传感器测量范围度。只要检测出频率 f 就可以求得管内流体的流速,由流速 V 求出体积流量。所测得的脉冲数与体积量之比,称为仪表常数(K),见式(2)

K=N/Q(1/m3)   公式(2)

式中:K=仪表常数(1/m3)。

N=脉冲个数

Q=体积流量(m3)

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。


4 超声波流量计

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超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点。


5 金属转子流量计

金属转子流量计由两个部件组成,一是从下向上逐渐扩大的锥形管;二是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。当测量流体的流量时,被测流体从锥形管下端流入,这时作用在转子上的力有三个:流体对转子的动压力、转子在流体中的浮力和转子自身的重力。

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对于给定的转子流量计,转子大小和形状己经确定,因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量,唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。因此当来流流速变大或变小时,转子将作向上或向下的移动,相应位置的流动截面积也发生变化,直到流速变成平衡时对应的速度,转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计,转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。


6 明渠流量计

与前述几种不同,明渠流量计是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量仪表。

明渠流量计的工作原理是利用明渠技术,通过测量流体液位高度,再经过仪器内部的微处理器运算得到流量。由于是非接触测量,明渠流量计能在较恶劣的环境中应用。明渠流量计在微机控制下,发射和接受明渠,根据传输时间计算出明渠流量计距被测液面的距离,从而得到液位高度,由于该液位与流量之间有一定的比例关系,因此可根据计算公式最终得到液体流量Q。

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