本文摘要

  • 流体的种类繁多,从购买到安装,本文带您一步一步理解如何根据需求选择流量计。
  • 十分钟带您了解11种流量计:超音波流量计、蹼轮式、面积式、科氏力、容积式、涡流式、涡轮式、差压式、层流式、电磁式和热质式流量计。

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流量计在现代流体处理中至关重要,但选择合适的流量计却不容易。本文探讨了流量计的不同类型及其应用,强调了它们的关键性。我们讨论了准确性、安装和不同流体类型的考虑因素,以帮助您做出明智的选择。了解各种流量计的优缺点有助于确保流体处理系统的高效运行。无论您的需求是什麽,这份指南都为您提供了宝贵的信息。继续阅读,了解如何选择最适合您的流量计。


一、如何选择适合的流量计:选择流量计所要考虑的面向有哪些?

1. 流量计的准确性与可重複性

流量计是在工业自动化系统中广泛使用的一种测量仪器。准确性和重複性是测量流量计的关键性能指标,对确保系统的运行稳定性和产品品质至关重要。 流量计的重複性和再现性是两个不同的概念。重複性通常是在相同的条件下测量流量,测量仪器重複显示相同的流量指示的能力。这意味着流量计需要在相同的温度、压力、流速和其他环境条件下进行测量,以确保系统的重複性和可靠性。重複性是流量计评估性能的重要指标之一。 再现性是指在不同的流量条件下,不同的流量计和操作者之间以及在更长时间段内使用相同测量过程所产生的变化。这可能是因为测量仪器的漂移或磨损、环境条件的变化或操作者技能的不同。为了确保流量计在长时间内的准确性和可靠性,需要对其进行校准和定期维护。 在实际应用中,重複性和再现性是测量仪器的基本性能指标,也是测量准确性的关键指标。准确性的提高对产品质量的改善、生产成本的降低和工业自动化系统的优化具有重要的意义。 总之,流量计是现代工业自动化系统中必不可少的测量仪器。测量仪器的重複性和再现性是测量准确性的关键指标。只有对流量计的性能进行评估和校准,才能确保系统的运行稳定性和产品质量。

2. 挑选流量计注意事项

重要参考要素
1. 流体类型确认您需要测量的流体是液体、气体还是蒸汽,不同类型的流体适合不同类型的流量计。
2. 流体特性考虑流体的粘度、导电性、化学活性、温度范围和是否含有固体颗粒,或是测量液体是否具有腐蚀性,这些特性有助于帮助您选择流量计本体、浮子、O型垫圈等配件的材质。
3. 测量范围确定所需的流量范围,包括最小和最大流量值,譬如1.0~10LPM、100~600LPM、70-700NLPM等。
4. 管径或接头规格:流量计的尺寸和型号需要与测量管道的直径或接头的规格相匹配,以确保精准的测量并避免安装时的不兼容问题。譬如购买面积式流量计时,需要知道接头的尺寸及规格,如1/2" 外牙、3/4" 日规插管等,如此才能满足安装条件。

其他参考要素
1. 安装环境:考虑流量计将被安装的物理空间、环境条件(如湿度、温度、压力)以及是否有易燃、易爆或腐蚀性环境。
2. 精度要求:根据应用的精度要求选择流量计。不同的流量计在精度上有所不同,确定您的应用所需的精度级别。
3. 经济性:考虑购买成本以及维护和操作成本。某些流量计的初始购买成本可能较低,但长期运营和维护成本较高。
4. 输出信号需求:欲购买电子流量计时,需确认系统对输出信号的需求,如模拟信号、脉冲输出、数字通讯(例如HART、Profibus或Modbus)。
5. 维护与操作简易性:选择易于安装、校准和维护的流量计,以减少操作中断和降低维护成本。
6. 认证与标准:根据应用领域的特定要求,可能需要选择符合特定行业标准或认证的流量计(如食品与饮料行业的卫生标准、爆炸防护等)。

综合考量这些要素将帮助您选择最适合您特定需求的流量计。

3. 流量计的安装位置

在安装流量计时,我们必须考虑以下重点:

( 1 ) 流量计的水平或垂直安装

水平管安装
水平管安装:在水平管道中,若压力不足以使液体填满管道,可能会出现不满管的情况,导致流量测量不准确。此时,可以考虑将流量计安装在U字管的凹处,因处低位,能够保证管道中的液体充满,进而获得正确的测量结果。
垂直管安装
垂直管安装:建议将流量计安装在液体由下往上流动的垂直管道上。对于液体由上往下流动的管道,由于液体呈现段落式的垂坠流动,流速不稳定,测得的流量数据不够准确。相反,对于液体由下往上流动的管道,液体往上流动时因重力作用,流速较稳定,且气泡会聚集在管道最上方,这样可以获得更精确的测量结果。
 

( 2 )是否需配管:
在选择流量计时,需要考虑是否需要进行配管工作。这取决于安装和维护更换的可行性,以及产线是否能够承担临时停机作业。一些流量计可能需要切断管道进行安装,这样的产品价格可能较经济实惠。相反,免切断管道的安装可能需要更高的预算。如果选择的流量计需要特定的配管尺寸或形状,则需要确保现有的配管符合要求,以获得最佳的测量结果。
( 3 )压损大小:
在安装流量计时,必须注意压力损失的大小。流量计的安装会对流体运动产生阻力,进而导致压力损失。压力损失的大小受到流量计型号、管径大小、流体性质和安装方式的影响。合理设计的流量计可以减少压力损失,提高流体效率。
( 4 )重量:
流量计的重量过重对管道产生额外的负担,可能导致管道变形或漏水等问题。在选择流量计时,需注意其重量是否符合管道的承载能力,以确保安装过程中不会对管道造成损坏。
( 5 )管径大小:
不同的流量计具有不同的管径限制,而管径大小会直接影响流体的流速和压力。若选择的流量计管径过小,流速可能过快,这可能使管道系统的泵无法提供足够的流速,进而导致测量结果不准确。另一方面,若选择的管径过大,流速可能变得过慢,也会导致测量结果不准确。因此,在选择流量计时,需要仔细考虑管道的尺寸和流体特性,以确保选择合适的管径大小,以获得准确可靠的测量结果。

总结来说,安装流量计时,我们需要考虑安装位置的水平或垂直、是否需配管、压损大小、重量和管径大小等重点因素。这些因素直接影响流量计的测量准确性和适用性。因此,在选择和安装流量计时,需要仔细评估并遵循相应的安装要求,以确保获得可靠准确的流量测量结果。



二、不同流体类型所适合的流量计

1. 流体的种类有哪些?如何分辨?

流体的种类有哪些?如何分辨?

流体是我们生活中常见的一种物质形态,它包括气体和液体。了解流体的种类以及分辨流体的方法对于许多领域都是至关重要的,例如工程、科学和日常生活中的应用。下面我们将探讨流体的种类以及分辨流体的方式。

流体的种类:

  • 气体:气体是一种无固定形状和体积的物质,其分子间的距离相对较大,并且以高速无规律运动。气体具有可压缩性和较低的密度,常见的气体包括氧气、氮气、二氧化碳等。
  • 液体:液体是一种具有固定体积但无固定形状的物质,其分子间的距离比气体紧密,并以相对较慢的速度运动。液体具有固定的密度和可压缩性较小,常见的液体包括水、油、酒精等。

分辨流体的方式:

  • 黏度:黏度是流体内部阻力的一个度量,它反映了流体抵抗流动的能力。黏度高的流体具有较大的内部摩擦力,流动速度较慢,常见的例子是树脂或厚重的油。黏度可以通过测量流体在两个平行板间的流动速度和应力来确定。
     
  • 密度:密度是流体单位体积内质量的度量,它反映了流体分子的紧密程度。密度高的流体具有较大的质量,常见的例子是金属或重淀粉溶液。密度可以通过测量流体的质量和体积来确定。
     
  • 压力:压力是流体对容器壁施加的力量,它取决于流体的质量和流体所处的高度。压力的变化可以影响流体的流动性质和速度。压力可以通过压力计或压力变送器等仪器进行测量。
     
  • 流速:流速是流体在单位时间内通过特定区域的体积或质量。它描述了流体的运动速度和流动性质。测量流速的方法包括使用流量计或测量流体通过特定区域的时间和体积。
     

透过以上的方式,我们可以对流体进行分辨和特徵描述。测量流体的黏度、密度、压力和流速等物理量可以帮助我们瞭解和控制流体的行为,并应用于各个领域,例如工业流程控制、环境监测和流体力学研究等。 然而,需要注意的是,流体的性质并非仅限于以上提及的几个物理量,还包括温度、化学组成和流动特性等。因此,在进行流体分辨和特性描述时,需要综合考虑多个因素,并选择合适的测量方法和工具。

2. 哪些流量计适合量测液体,考虑点有哪些?

量测液体

流量计在工业和科学领域中有着关键的作用,可以准确测量流体的流量,并提供重要的过程控制和监测数据。在选择适合量测液体的流量计时,需要考虑以下点:

  • 差压式流量计:差压式流量计通过测量管道中的压差来计算流量。它适用于低粘度液体和气体的测量。这种流量计的优点是成本相对较低,而且在一些应用中具有良好的准确度。
  • 超音波式流量计:超音波式流量计通过测量超音波在液体中的传播速度来计算流量。它适用于高粘度液体和含有固体颗粒的液体。这种流量计无需接触流体,且不会对流体造成汙染或压损。
  • 热质式流量计:热质式流量计通过测量液体在管道中的平均温度来计算流量。它适用于低粘度液体,如气体和清洁的液体。这种流量计的原理是基于热量传导,需要考虑环境温度对测量结果的影响。
  • 电磁式流量计:电磁式流量计通过测量液体在磁场中的速度来计算流量。它适用于导电性较好的液体,如水和溶液。这种流量计具有良好的准确度和稳定性,并且不会对流体造成压损。

选择量测气体的流量计:关键考虑点

  • 流速范围:不同的流量计具有不同的流速范围。根据应用场景的实际需求,选择能够复盖所需流速范围的流量计。
  • 粘度:对于高粘度液体,如糊状物料或高黏度液体,需要选择适合的流量计。超声波式流量计在这方面表现良好,能够测量高粘度液体的流量。
  • 测量准确度:不同的流量计具有不同的测量准确度。根据应用的要求和精度水平,选择具有所需准确度的流量计。
  • 环境温度:热式流量计对环境温度比较敏感。在选择流量计时,需要考虑环境温度对测量结果的影响,以确保准确度和稳定性。

总结起来,选择适合量测液体的流量计时,需要考虑流速范围、粘度、测量准确度和环境温度等因素。适用于低粘度液体和气体的差压式流量计、导电性较好的液体的电磁式流量计、高粘度液体和含有固体颗粒的液体的超声波式流量计以及低粘度液体的热式流量计,都是常见的选择。在实际应用中,根据具体需求和条件,选择最合适的流量计能够确保准确的流量测量和良好的运行效果。

3. 哪些流量计适合量测气体,考虑点有哪些?

气体流量测量在众多工业领域中扮演着重要的角色。选择适合的流量计技术对于准确测量气体流量至关重要。在众多技术中,包括热质式流量计、压差流量计、超音波流量计、科氏力质量流量计和机械式流量计。每种技术都有其独特的原理和适用性。

  • 热质式流量计:通过测量气体通过仪器时产生的热量变化来计算流量。它适用于低流量范围和非腐蚀性气体,但对于气体温度变化敏感。
  • 压差流量计:通过测量气体通过仪器时产生的压差来计算流量。根据伯努利原理,当气体通过狭窄通道时,流速增加,压力下降。压差流量计适用于各种气体和中等流量范围。
  • 超音波流量计:则利用发射和接收超声波信号来测量气体流速,并根据声波传播时间的变化计算流量。超音波流量计适用于广泛的气体类型和大流量范围,且对流体无影响。
  • 科氏力质量流量计:通过测量气体通过仪器时产生的科氏力来计算质量流量。它利用弯曲管道中的科氏效应来测量流体质量。科氏力质量流量计对气体密度变化不敏感,适用于高精度的质量流量测量。

在选择气体流量计时,需要考虑以下因素:

  • 气体的性质:气体的性质对流量计的选择至关重要。不同的气体具有不同的密度、黏度和压缩性等特性,这些特性会影响流体在流量计中的行为。因此,在选择流量计时,需要确定所测量气体的性质,并选择适合的流量计技术来确保准确测量。
  • 气体的压力:气体的压力也是选择流量计的重要因素。不同的流量计技术对于高压气体或低压气体可能更适合。确保选择的流量计能够在预期压力范围内提供准确的测量。
  • 气体的压力:气体的温度对于流量计的性能也有影响。一些流量计技术可能对于温度变化更敏感,因此需要选择适应范围广泛的温度工作条件的流量计。
  • 流量范围:流量范围也是选择流量计的关键因素。根据应用需求,确定需要测量的气体流量范围。不同的流量计具有不同的最小和最大测量范围。选择能够复盖所需范围的流量计可以确保测量的准确性和可靠性。
  • 应用需求:根据应用需求,确定所需的流量计精度水平。一些应用对流量测量的精度要求较高,而其他应用可能对精度要求较低。选择符合精度要求的流量计可以确保测量结果的准确性。

综合考虑以上因素,根据具体的应用需求选择适合的流量计技术是实现准确气体流量测量的关键。在选择过程中,建议谘询专业的流量计供应商或工程师,以获得适合的建议和支持。无论是工业控制还是科学研究,正确选择适合的流量计技术能够确保测量结果的可靠性和精准性。



三、流量计种类全面解析:专家带您探讨优缺点

1. 超音波流量计

超音波流量计使用超音波信号测量流体速度,以计算流过管道的体积流量,适用于清洁及汙浊液体。

超音波流量计

优点:

  • 流通通道畅通:超音波流量计具有无阻碍的流通通道,能确保流体通过时无阻塞,减少流量测量的干扰,提高测量准确性。
  • 无可动部件:超音波流量计没有可动部件,因此不需要润滑和维护,减少了故障风险和维修成本。
  • 无额外压力损失:超音波流量计在流体中的安装不会产生额外的压力损失,确保流体系统的能效性能。
  • 适用于化学侵蚀性液体:超音波流量计能够选择适合化学侵蚀性液体的材料,提供了一个安全和可靠的测量解决方案。
  • 线性关係:超音波流量计的测量变量与流速呈线性关係,使得测量结果更加可靠和准确。
  • 低维护成本:超音波流量计具有低维护成本,不需要频繁的校准和调整,节省了时间和成本。
  • 双向操作:超音波流量计能够在正向和反向流动中进行测量,提供了更大的灵活性和应用范围。
  • 转运时间流量计不受温度、密度和浓度的影响:超音波转运时间流量计对于温度、密度和浓度的变化不敏感,确保了测量的稳定性。 可在现有管道上后续安装:超音波流量计可以后续安装在现有的管道中,但需要现场校准以确保准确性。

缺点:

  • 对于液体和气体的测量仍然存在问题:超音波流量计在液体和气体测量方面仍然存在一些问题,需要更多的改进和研究来解决。
  • 声波束必须穿越代表性横截面:超音波流量计的测量结果受到流体横截面的影响,需要在测量过程中声波能够穿越代表性的横截面。这要求在安装超音波流量计时,提供足够长的进出口段,以确保流体能够充分均匀地流过。
  • 沉积物引起的误差:超音波流量计在存在沉积物的情况下可能会产生测量误差,因此需要定期清洁和维护,以确保测量的准确性和可靠性。
  • 转运时间流量计需要清洁的液体:超音波转运时间流量计对于流体的要求较高,需要使用清洁的液体进行测量,以避免汙染对测量结果的影响。
  • 多普勒流量计仅适用于轻微汙染或少量气泡:多普勒流量计对于轻微的汙染或较少的气泡才能正确测量,对于重度汙染的液体不适用。
  • 多普勒流量计受到由于温度、密度和浓度变化引起的声速变化的影响:多普勒流量计的测量结果受到声速变化的影响,如温度、密度和浓度的变化。因此,在应用中需要考虑这些因素,并进行校正和补偿。
  • 不适用于严重汙染的液体:超音波流量计对于严重汙染的液体不适用,这可能会导致测量误差和不准确性。
  • 气泡会引起测量误差:气泡的存在可能会导致超音波流量计的测量误差,特别是在液体中存在大量气泡的情况下。

在选择超音波流量计时,需要考虑以下因素:

  • 介质类型:测量水较为简单和经济,含固体或气体较複杂。
  • 温度范围:正常温度范围较易处理,极高或极低温需高级设备。
  • 管道材料:不鏽钢、铜、碳钢较易安装,带衬层或厚壁管道较难。
  • 管道尺寸:适用范围广,但需管道充满介质。
  • 安装空间:长管道路径较易安装,短管道需高端流量计。
  • 所需精度:验证流量选简易型,计费或批次控制选高精度。
  • 输出信号:根据需求选择模拟或数字输出。
  • 流体特性:需考虑流体的黏度、密度及其他影响因子。
超音波流量计有两种主要类型:多普勒型和超时差型。多普勒型适用于含有悬浮颗粒或气泡的流体,而超时差型则适合清洁液体如水和油。
总结来说,选择超音波流量计时需仔细考虑介质类型、温度范围、管道材质和尺寸,以及测量的精度要求。适当的选择可以确保测量的可靠性和精确性,同时也能保障设备的长期使用寿命和低维护成本。
[1][2]

2. 蹼轮式流量计

蹼轮式流量计又称叶轮氏流量计利用流体动力使蹼轮旋转,旋转速度与流量成正比,适合低黏度液体。

蹼轮式流量计

优点:

  • 优异的再现性和响应性:蹼轮式流量计具有出色的再现性,能够提供稳定的流量测量结果。同时,它响应迅速,能够即时反应流体的变化。
  • 简单的结构和低价格:蹼轮式流量计具有简单的结构,通常由一个旋转的蹼轮和一个传感器组成。这种简单的结构使得它的製造成本相对较低,价格也相对较经济。
  • 尺寸小,可进行大容量测量:蹼轮式流量计具有小巧的尺寸,因此在有限的空间内进行流量测量非常方便。同时,它还能够实现大容量流体的准确测量。

缺点:

  • 比其他流量计的准确度较低:相比于其他流量计,蹼轮式流量计的准确度较低。由于蹼轮的旋转速度受到多种因素的影响,如流体的黏度和流速分佈等,因此在高准确度要求的应用中可能不适用。
  • 不适用于低流速:蹼轮式流量计对于低流速的测量不太适用。由于蹼轮需要足够的流体流过以确保旋转,当流速过低时,蹼轮的旋转可能变得不稳定,影响测量的精度。
  • 不适用于高黏度流体:蹼轮式流量计对于高黏度的流体也不适用。高黏度的流体会使得蹼轮旋转困难,同样影响测量的准确性。

在选择是否使用蹼轮式流量计时,需要考虑以下因素:

  • 应用要求:确定所需的准确度水平和流量范围,以确定蹼轮式流量计是否能够满足应用需求。
  • 流体特性:了解待测流体的黏度和流速分佈,以确定蹼轮式流量计在这些条件下的性能表现。
  • 预算限制:蹼轮式流量计具有相对较低的价格,这使得它成为预算有限的应用的理想选择。
  • 安装要求:考虑流量计的尺寸和安装要求,确保其能够适应现有的管道系统。

总体而言,蹼轮式流量计在许多应用中具有实用性和成本效益。儘管它的准确度较低且对于低流速和高黏度流体的应用有限,但在符合其能力范围的应用中,蹼轮式流量计仍然是一个可靠且经济的选择。根据特定的应用需求和流体特性,选择最适合的流量计将确保准确的流量测量和可靠的运行。

3. 面积式流量计

面积式流量计通过浮子(浮球)在锥形管内的上下移动来显示流量,有些面积是流量计的浮子中间有导轨,有效限制浮子移动的自由度,使量测更精准,通常适合于小流量测量。

面积式流量计

优点:

  • 合理价格和简单结构:面积式流量计的价格相对较为合理,且具有简单的结构。这使得它成为一种经济实惠的选择。
  • 不需要辅助能源:面积式流量计不需要额外的能源供应,它依靠流体的压力差来推动测量系统的运作,这降低了能源消耗。- 适用于液体和气体:面积式流量计可用于测量各种不同的液体和气体流体,具有广泛的应用范围。
  • 无需进出口直线段:相比其他一些流量计,面积式流量计不需要额外的进出口直线段。这使得在有限的安装空间中进行测量变得更加方便。
  • 组装和维护友好:面积式流量计的组装和维护相对简单。它通常由少量的部件组成,易于操作和维修。

缺点:

  • 不适用于高黏度流体:面积式流量计对于高黏度的流体不太适用。在这种情况下,流体的黏度会影响测量的准确性和可靠性。
  • 不适用于低流速:面积式流量计对于低流速的流体测量也有限。在低流速情况下,由于变化的面积较小,测量的精确性会受到一定程度的影响。

在选择面积式流量计时,需要继续考虑以下因素:

  • 流体性质:面积式流量计适用于大多数液体和气体,但对于高黏度流体可能不太适合。在选择时,需要确保该型号适用于所测量的具体流体性质。
  • 流量范围:面积式流量计的测量范围有限。较大的流量范围可能会导致测量的不准确性。确保所选流量计的范围符合实际应用需求。
  • 测量精度:与其他高精度流量计相比,面积式流量计的测量精度相对较低。在需要高精度测量的应用中,可能需要考虑其他类型的流量计。
  • 安装要求:面积式流量计不需要进出口直线段,这使得安装更灵活。但仍需确保在安装过程中满足相应的安装要求,如避免涡流、干扰和压力损失。
  • 维护和校准:面积式流量计通常具有较低的维护要求,但定期校准仍然是确保准确测量的关键。确保适时进行校准和维护工作,以保证流量计的准确性和可靠性。

总结来说,面积式流量计具有一些显着的优点,如价格经济、结构简单、适用于多种流体等。然而,它也有一些限制,如对高黏度流体和低流速的限制。在选择面积式流量计时,应该仔细考虑流体性质、流量范围、精度要求以及安装和维护方面的要求,以确保所选的流量计能够适应实际应用需求。

4. 科氏力质量流量计

科氏力质量流量计,也称为奥罗利斯质量流量计,利用流体通过振动管道产生的科氏力,通过测量流体流动时产生的震盪频率来确定质量流量,精度高,适用于各种流体。

科氏力质量流量计

优点:

  • 真实的质量流量测量:科氏力质量流量计直接测量流体的质量流量,而不受流体密度变化的影响。这使得它成为需要准确质量流量测量的应用的理想选择。
  • 附加的温度和密度测量:科氏力质量流量计通常还能同时测量流体的温度和密度。这提供了对流体特性的更全面的了解,并有助于更准确地评估流体的性质。
  • 非常高的质量流量测量精度:科氏力质量流量计具有极高的测量精度,能够实现高度准确的质量流量测量。这使得它在需要高精度测量的应用中受到青睐。
  • 高度准确的密度测量:科氏力质量流量计能够提供准确的流体密度测量,这对于许多流体应用中的进程控制和品质保证至关重要。
  • 不受压力、温度和黏度的影响:科氏力质量流量计的测量结果不受流体压力、温度和黏度的影响。这使得它在变化条件下的测量环境中表现稳定且可靠。
  • 不需要进出口段:与一些其他类型的流量计不同,科氏力质量流量计不需要特定的进出口直线段。这使得安装更加灵活和方便。

缺点:

  • 压力损失较大:科氏力质量流量计在测量过程中可能产生较大的压力损失。特别是在测量具有高饱和蒸汽压的液体时,压力损失可能导致液体的汽化和空化现象。这可能对系统的稳定性和可靠性产生一定的影响。

在选择科氏力质量流量计时,需要考虑以下因素:

  • 操作压力与压力降:科氏力计适用于高压应用,但低压力降应用可能不兼容。
  • 价格/精度权衡:提高精度将增加成本,具体取决于流量计类型和流量。
  • 价格/响应时间权衡:改善响应时间可能成本较高,大型流量管响应时间较长。
  • 价格/预热时间权衡:设备预热时间从几秒到几分钟不等,快速预热时间在某些应用中至关重要。
  • 流量计材料:需提供详细流体组成信息以评估腐蚀/侵蚀性质。
  • 管道线类别:作为材料选择的起点。
  • 流体对固体和气体的行为:科氏力计对两相流有特定限制,视供应商设计而定。
  • 压力降限制:过程液压计算中会有较高的压力降。
  • 通常的流体流动条件/性质:科氏力计通常与管道尺寸匹配选型。
[3]

总结来说,科氏力质量流量计具有许多优点,使其成为许多应用中的理想选择。它能够提供真实的质量流量测量,具有高度的测量精度和准确的密度测量。此外,它不受压力、温度和黏度的影响,并且安装灵活。然而,需要注意的是,科氏力质量流量计可能产生较大的压力损失,特别是在测量高饱和蒸汽压的液体时需要特别小心。因此,在选择使用科氏力质量流量计时,需要综合考虑应用需求和系统特性,并适当地处理压力损失的问题。

5. 容积式流量计

容积式流量计透过直接通流量计的流体体积进行测量,适用于油品和化工产品的计量。

容积式流量计

优点:

  • 无阻塞的流通通道:容积式流量计的流通通道内没有突出的部件,这保证了流体的顺畅流动,减少了流阻。
  • 无移动部件:容积式流量计没有移动的机械部件,这意味着它的运行稳定,不需要定期的维护和检修。
  • 无额外的压力损失:容积式流量计在测量过程中不会引入额外的压力损失,这有助于保持系统的高效运行。
  • 对流场分布不敏感:容积式流量计对流场分布不敏感,只需要短的进口和出口段即可获得准确的测量结果。
  • 不受温度、密度、黏度、浓度和电导率的影响:容积式流量计的测量结果不受流体温度、密度、黏度、浓度和电导率的变化影响,这使其在多种应用场景中具有广泛的适用性。
  • 对于化学侵蚀性介质具有良好的材料选择:容积式流量计可以根据需要选择适合的材料,以应对具有化学侵蚀性的流体。

缺点:

  • 容积流速测量受温度和压力变化的影响:容积式流量计测量的是流体的容积流速,因此它的测量结果受到流体温度和压力变化的影响。这需要在使用容积式流量计进行测量时进行相应的修正和补偿。

在选择容积式流量计时,需要考虑以下因素:

  • 清洁度要求:容积式流量计需要清洁的流体,通常要求100µm的过滤级别。
  • 耐腐蚀性:许多容积式流量计材质可能不是高规格的,对于腐蚀性流体可能会有损害。
  • 尺寸限制:随着应用流速的增加,容积式流量计的尺寸呈现快速增长,很少有超过12英寸的型号。
  • 流体特性适应性:适用于高粘度和腐蚀性流体,且通常不需要预先过滤。
  • 维护简单:由于结构简单,维护和拆装相对容易。
  • 压力降考虑:容积式流量计存在压力降,需在系统计算中考虑,尤其是在流体黏度变化时。
  • 机械部件磨损:随着时间的推移,机械部件可能会磨损和损坏,需要替换。
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总结来说,容积式流量计在许多应用场景中具有重要的地位,并且具有许多优点,例如无阻塞的流通通道、无移动部件和无额外的压力损失。然而,使用容积式流量计时需要注意测量结果可能受到温度和压力变化的影响。因此,在应用容积式流量计进行测量时,需要进行温度和压力的校正,以确保准确性。此外,容积式流量计在高黏度流体和低流速下的应用方面有一定的局限性,因此在选择流量计时需考虑流体的黏度和预期的流速范围。

6. 涡流式流量计

涡流式流量计是利用流体流过障碍物时产生的涡旋频率来测量流量,适用于蒸汽、气体和液体。

涡流式流量计

优点:

  • 无可动部件:涡流式流量计的主要优势之一是它没有任何可动部件。这种结构使其具有良好的可靠性和长寿命。它不需要常规的维护和保养,从而节省了成本和时间。
  • 坚固的结构:涡流式流量计的结构坚固耐用,能够应对不同的工业环境。它通常由高强度材料製成,能够承受压力、温度和震动等外部条件的影响。
  • 适用于液体、气体和蒸汽:涡流式流量计具有广泛的应用范围,可用于测量液体、气体和蒸汽等多种流体。它的多功能性使其成为许多行业中常用的流量测量解决方案。
  • 易于消毒:涡流式流量计通常具有光滑的表面,使其易于清洁和消毒。这使其成为需要卫生级测量的应用场景的理想选择,例如食品和製药行业。
  • 不受压力、温度和密度变化的影响:涡流式流量计的测量结果不受压力、温度和密度等参数的影响。这种特性使其能够在不同的操作条件下提供稳定和可靠的测量结果。

缺点:

  • 需要进出口段:涡流式流量计在测量前需要一定长度的进出口段,以确保流体在测量点附近具有稳定的流动特性。这对于一些应用场景来说可能需要额外的安装空间。
  • 需要最小雷诺数:涡流式流量计要求流体具有足够的流动能量,即需要满足最小雷诺数的条件。在低流速情况下,涡流式流量计的测量精度可能会受到影响,因为此时流体的流动特性可能无法产生足够的涡旋效应,进而影响测量的准确性。

在选择涡流式流量计时,应考虑以下因素以确保选择最适合您应用需求的设备:

  • 介质类型:涡流式流量计适用于气体、液体和蒸汽流量测量。
  • 安装环境:可在不同方向安补,包括垂直、水平或任何角度。
  • 过程压力和温度:需确保选择的流量计能够承受应用中的最高过程压力和温度。
  • 管道尺寸:涡流式流量计适用于不同直径的管道,从½英寸到12英寸或更大。
  • 无移动部件:这减少了维护需求并提高了设备的可靠性。
  • 敏感度:对过程条件变化的敏感度低,意味着涡流式流量计在多变的条件下仍能保持准确性。
[6]

总结来说,涡流式流量计具有很多优点,包括无可动部件、坚固耐用、适用于多种流体、易于消毒以及不受压力、温度和密度变化的影响。然而,它也有一些限制,如需要进出口段和最小雷诺数的要求。在选择使用涡流式流量计时,需要考虑实际应用场景的需求和限制,以确保测量的准确性和可靠性。同时,合适的安装和操作也对保证测量效果至关重要。

7. 涡轮式流量计

涡轮式流量计利用涡轮转动的原理来测量流体的流量,流体通过流量计驱动涡轮旋转,其转速与流量成正比,适合清洁液体和气体。

涡轮式流量计的优缺点

优点:

  • 旋转叶片式和沃尔特曼式涡轮流量计无需外部电源:这些类型的涡轮流量计利用流体通过时产生的压力差驱动旋转叶片,因此无需外部电源,节省能源成本和设置複杂度。
  • 适用于低温液体:涡轮式流量计可适用于测量低温液体,包括冷冻液体和低温工艺流体,广泛应用于冷冻技术、液化天然气等领域。
  • 适用于极端温度和压力:涡轮式流量计能够在极端的温度和压力条件下进行测量,具有较高的耐受能力,适用于特殊工业环境。

缺点:

  • 材料选择有限:涡轮式流量计在材料选择方面有一定的限制,特别是对于处理腐蚀性介质或高温高压条件的应用,需要选择具有耐腐蚀和高温高压性能的材料。
  • 适用于低黏度液体:涡轮式流量计对液体的黏度敏感,主要适用于低黏度液体的测量,对于高黏度液体的测量效果可能不如其他测量设备理想。
  • 存在可动部件和磨损:涡轮式流量计中存在旋转叶片等可动部件,长时间运作可能导致部件的磨损和损坏,需要进行定期的维护和更换。
  • 对汙染物敏感:涡轮式流量计对于流体中的汙染物敏感,当流体中存在固体颗粒或杂质时,可能会影响测量的准确性,因此需要注意流体汙染情况,定期进行清洁和维护以确保准确性。
  • 轴向流量计受流动轮廓影响:某些涡轮式流量计的轴向流量计在测量过程中受到流体流动轮廓的影响,因此需要在安装时注意适当的进出口段长度以确保流体流动的稳定性和准确性。
  • 需要进出口段(旋转叶片式除外):大多数涡轮式流量计需要在安装时提供一定长度的进出口段,以确保流体能够稳定地进入和离开流量计,从而获得准确的测量结果。然而,旋转叶片式涡轮流量计在这方面较为灵活,不需要特定的进出口段。
  • 受到过载和高差压的影响:涡轮式流量计在面对过载和高差压快速变化时,可能受到影响,存在超速的危险。因此,在高差压条件下应谨慎使用涡轮式流量计,并适当考虑压力变化对测量的影响。
  • 对振动敏感:涡轮式流量计对于振动敏感,因此在安装过程中需要注意适当的防震措施,以确保测量结果的稳定性和可靠性。

选择涡轮式流量计时,请考虑以下因素:

  • 流体类型与性质:识别需要测量的流体(如水、气体、燃料油、化学品等),并了解其黏度、密度、温度、清洁度以及是否腐蚀或磨损。
  • 管径与流量范围:根据您的管道直径及需要测量的流量范围选择适合的涡轮流量计。
  • 温度、压力与环境条件:确保流量计能承受实际应用中的温度、压力、湿度和振动等环境条件。
  • 精度、重複性与校准:确定所需的精度和重複性(通常为0.5-2%),并考虑校准需求,一些涡轮式流量计支持现场校准,无需拆除。
  • 输出信号、通讯与电源:确定所需的输出信号类型(如4-20mA模拟、数字汇流排、脉冲、频率等),以及是否需要智能通讯协议。
    安装需求:根据应用场合,确定安装类型(如法兰、螺纹、夹持或插入式)。
  • 额外功能与能力:根据需求考虑额外功能,如整合V锥流量整形器、精度验证诊断、数据记录等。
  • 预算限制:涡轮式流量计的价格范围广泛,视尺寸、材料、精度、功能和通讯能力而定,确定预算限制。
[7][8]

总结来说,涡轮式流量计作为一种常用的流量测量设备,具有许多优点,如无需外部电源、适用于特殊条件等。然而,它也存在一些限制,如材料选择有限、对液体黏度敏感等。因此,在选择和应用涡轮式流量计时,需要仔细考虑其特性和限制,确保适用于特定的测量需求,并进行适当的安装和维护,以获得准确和可靠的测量结果。

8. 差压式流量计

差压式流量计测量流体通过收缩部件前后的压力差来计算流量,适用于各种流体。

差压式流量计

优点:

  • 高准确性:差压式流量计具有高精度,可以提供准确的流量测量。这使其成为需要精确控制和监测流量的应用场合的理想选择。
  • 广泛应用范围:差压式流量计适用于各种应用场景,可以测量液体和气体的流量。无论是工业过程控制还是实验室研究,差压式流量计都能满足不同需求。
  • 适用于高温和高压应用:差压式流量计可以在高温和高压条件下正常工作,并提供准确的流量测量。这使其成为处理高温和高压介质的理想选择。
  • 低成本:相对于其他流量测量技术,差压式流量计具有相对较低的成本。这使得它成为预算有限的应用中经济实惠的选择。

缺点:

  • 需要定期维护:差压式流量计需要定期维护,以确保其正常运行和准确性。这可能包括清洁、校准和更换零件等工作。维护工作的频率和要求取决于具体应用和使用环境。
  • 易受磨损和损坏:由于差压式流量计中存在移动部件,它们可能会受到磨损和损坏的影响。这可能导致测量精度下降或甚至使流量计无法正常工作。因此,需要定期检查和更换可能受损的零件。
  • 低流量下准确性有限:差压式流量计在低流量情况下的测量精度受到限制。由于测量原理的限制,差压式流量计在低流量下可能无法提供高度准确的测量结果。这是因为在低流速下,差压信号相对较小,可能受到噪音和不确定性的影响,从而影响测量的准确性。

在选择差压式流量计时,需要考虑以下因素:

  • 管线尺寸:决定全尺度流量和主要元件设计。
  • 流体类型:液体、气体、蒸汽的相容性。
  • 最大操作压力:体/法兰的压力等级。
  • 温度限制:主要元件、传感器和传送器的温度范围。
  • 粘度范围:高粘度流体可能需要特别考虑。
    需要的准确度和调节比。
    允许的最大永久压力损失。
  • 期望的输出:4-20mA、HART、Profibus、Modbus。
  • 防爆认证:ATEX、IECEx、FM等。
此外,安装最佳实践包括注意上游和下游直管段的要求,以最小化湍流并提供稳定读数,并按照製造商建议定位压力点,这有助于减少流动干扰。
维持最佳性能的常规维护包括检查传送器、传感器和连接是否有损坏或洩漏,修復任何脉冲管堵塞,定期校准以使用外部参考或执行用户定义的输入校准。
差压式流量计的适用性极广,从油气、水处理到化工和製药等多个行业都有应用,因其高精度、可靠性和可定制性而受到青睐。
[9]

综合来看,差压式流量计作为一种常见的流量测量装置,具有高准确性、广泛的应用范围、适用于高温和高压应用、低成本等优点。然而,它也存在一些限制,例如需要定期维护、易受磨损和损坏,以及在低流量下准确性有限。因此,在选择和使用差压式流量计时,需要考虑这些优缺点,并确保适当的维护和使用条件,以确保其正确性和可靠性。

9. 层流式流量计

层流式流量计专为测量低速、高精度流量设计,常用于实验室和医疗应用。

层流式流量计的优缺点

优点:

  • 高精度:层流式流量计具有极高的测量精度,能够提供准确的流量数据。这使得它在需要高准确度的应用中非常受欢迎,例如实验室应用和科学研究。
  • 适用于低流速:层流式流量计适用于低流速情况,对于需要精确测量的低流量应用而言十分合适。它能够提供可靠的流量监测和控制,确保流体处理系统的稳定运行。
  • 低压损:在流体通过层流式流量计时,产生的压降相对较低。这对于需要保持较小能耗和较低流体损失的应用而言是一个重要优势。
  • 可无动部件:层流式流量计不包含任何移动部件,这意味着它的耐用性更高,且无需经常性的维护和更换零件。能够测量液体和气体:层流式流量计具有广泛的应用范围,可以测量各种液体和气体的流量,使其适用于不同类型的流体处理应用。

缺点:

  • 应用范围有限:层流式流量计的应用范围较狭窄,主要适用于低流速情况。在高流速条件下,它的测量精度会降低,因此在选择时需要考虑其流速限制。
  • 容易堵塞:层流式流量计对于一些含有固体颗粒或粘稠液体的应用容易受到堵塞的影响。这可能会导致测量误差或甚至无法正常运行。因此,在应用层流式流量计时,需要注意流体的特性,并採取相应的清洁和维护措施。

在选择层流式流量计时,需要考虑的因素主要包括:

  • 流体特性:层流状态在粘性力大于惯性力时出现,无湍流,每个流体分子沿自己的路径移动,与邻近分子的混合和碰撞有限。
  • 雷诺数:低雷诺数预示着层流状态,这是根据流体特性和流动条件计算出来的。
  • 压力降:层流元件通常由一个或多个长度远大于内径的管道组成,以产生慢速流速,并通过差压传感器测量由此产生的压力降。
  • 温度补偿:由于层流流量计的测量依赖于流体粘性,而粘性又强烈受到温度的影响,因此所有层流流量计都需要温度补偿,有些甚至使用温度控制系统来强制流体在通过元件时的温度保持恆定。
  • 精确性:Alicat 层流差压流量计和控制器使用层流差压测量技术,能够准确测量超过130种气体的质量流量率。
  • 压力和温度的密度校正:层流差压质量流量仪器使用体积流量率和一系列密度校正因子来计算质量流量率,包括温度密度校正和压力密度校正
[10]

总结来说,层流式流量计具有高精度、适用于低流速情况、低压降、无动零件和能够测量多种流体的优点。它在许多应用中提供了可靠的流量监测和控制,特别是在需要准确度高和低流速的情况下。然而,它也有一些限制,例如应用范围有限和易堵塞的缺点。选择适合的层流式流量计时,需要仔细考虑应用场景和流体特性,并确保进行必要的维护和清洁工作,以确保其正常运行和准确性。

10. 电磁式流量计

电磁式流量计利用法拉第电磁感应原理,适合测量导电液体的流量,不受流体性质影响。

电磁式流量计的优缺点

优点:

  • 突出部件的畅通流道:电磁式流量计具有无突出部件的设计,流体能够无阻碍地通过,不会产生额外的压力损失。
  • 无可动部件:电磁式流量计没有移动零件,使其具有较高的可靠性和耐用性,减少了维护和故障的风险。
  • 无压损:使用电磁式流量计不会引入额外的压损,从而减少了能源消耗和操作成本。
  • 对流场特性不敏感:电磁式流量计对流场特性不敏感,只需要短暂的进出口段即可进行测量,提供了更灵活的安装选择
  • 不受温度、密度、黏度、浓度和电导率变化的影响:电磁式流量计对流体的温度、密度、黏度、浓度和电导率变化不敏感,能够提供准确的流量测量结果。
  • 适用于具有化学侵蚀性或磨损性的测量介质:电磁式流量计可以选择适合的材料,以应对具有化学侵蚀性或磨损性的测量介质,确保测量的准确性和持久性。
  • 不受汙染和沉积物的影响:电磁式流量计不容易受到汙染和沉积物的影响,测量结果较为稳定和可靠。
  • 特别适用于固体液体输送:电磁式流量计尤其适用于液固两相流体的输送,能够提供准确的流量测量结果。

缺点:

  • 仅适用于液体:电磁式流量计仅能用于液体的流量测量,无法测量气体的流量。
  • 较低的导电率限制:电磁式流量计对流体的导电率有一定的要求,导电率下限通常为0.05 μS/cm,导电率低于此限制可能导致测量误差。
  • 气体含量导致误差:电磁式流量计在测量过程中,如果液体中存在气体含量,可能会导致测量误差的产生。

在选择电磁式流量计时,需要考虑以下几个关键因素:

  • 预算与成本效益:考量设备成本与长期维护费用,平衡精确度与投资回报率。
  • 应用需求:明确流体类型、温度、流速范围和压力,确保选择的流量计适合特定的应用环境。
  • 流体特性:确认被测流体的导电性,以及是否含有固体颗粒或气泡等异质成分。
  • 安装条件:管道布局、流体方向、上下游阻力(干扰)条件以及直管段长度等因素。
  • 环境条件:周围湿度、温度、大气环境(如防爆要求)等,以及对电磁干扰的抵抗能力。
  • 精度与量程:根据应用需求选择合适的精度和量程,确保测量结果符合要求。
    上下游管道配置:确认所选流量计适用于安装位置的管道直径及其上下游直管要求,避免安装不当导致性能不稳定。
  • 安装便利性:对于不同管径大小的流量计,考虑安装时所需的设备、人员、工作空间和时间。
[11]

总结起来,电磁式流量计具有许多优点,包括无突出部件的畅通流道、无可动部件、无压损、对流场特性不敏感、不受温度、密度、黏度、浓度和电导率变化的影响等。它也能适应化学侵蚀性或磨损性的测量介质,并且不易受汙染和沉积物的影响,特别适用于固体液体输送。然而,它仅适用于液体的流量测量,并且对于导电率较低的流体和存在气体含量的情况可能产生误差。因此,在选择使用电磁式流量计时,需要考虑其适用范围和限制,以确保测量结果的准确性和可靠性。

11. 热质式流量计

热质式流量计通过测量流体冷却热敏元件所需的热量来计算流量,适用于气体和蒸汽。

热质式流量计的优缺点

优点:

  • 直接气体质量流量测量:热质式流量计能够直接测量气体的质量流量,无需进行压力和温度补偿,提供准确的流量数据。
  • 无需额外压力和温度补偿:相较于其他流量计,热质式流量计不需要进行额外的压力和温度补偿,简化了操作和校准过程。
  • 压损小:热质式流量计具有极低的压髓,这意味着在流量测量过程中,流体通过流量计时的能量损失极小。
  • 高测量精度:热质式流量计具有高度精确的测量能力,能够提供可靠的流量数据,适用于需要高精度的应用。
  • 大测量范围:热质式流量计具有大量程,能够应对广泛的流量范围,从低流速到高流速都能准确测量。
  • 无可动部件:热质式流量计不需要任何移动零件,这使其具有较长的寿命并减少了维护需求。
  • 坚固的结构:热质式流量计具有坚固耐用的结构,能够承受较大的压力和振动,适用于恶劣的工作环境。
  • 响应时间短:热质式流量计具有快速的响应时间,能够即时检测和反应气体流量的变化。
  • 易于消毒:热质式流量计能够方便进行消毒和清洁,确保在需要卫生条件的应用中的使用安全和卫生。

缺点:

  • 只适用于气体:热质式流量计仅能用于气体流量测量,无法应用于液体或其他物质的测量。
  • 需要进出口段:为了确保热质式流量计的准确测量,需要在流量计的进出口处提供特定的进出口段。这是因为在流体进入和离开流量计时,需要一段较长的直管段来确保流体流动的稳定性和均匀性,以避免对测量结果产生干扰。

在选择热质式流量计时,您应该考虑以下几个关键因素:

  • 准确性与成本:高准确度的流量计价格较高,视流量计类型和流速而定,即使略微提高准确性也可能会带来相对较高的成本。
  • 响应时间:响应时间不同的流量计成本不同,更快的响应时间通常意味着更高的价格。
  • 预热时间:设备的预热时间可能从几秒到几分钟不等,对于某些应用来说,快速预热时间至关重要。
  • 量程比:量程比或操作范围是衡量流量计性能的重要指标,不同设备的量程比可能会有显着差异。

总结来说,热质式流量计具有许多优点,如直接气体质量流量测量、无需额外压力和温度补偿、低压降、高测量精度、大测量范围、无动零件、坚固结构、短响应时间和易于消毒。然而,它也有一些限制,仅适用于气体流量测量,并且需要特定的进出口段以确保准确性。了解热质式流量计的优缺点有助于选择适合特定应用需求的流量计。


参考资料

  1. ^ How to Choose the Right Ultrasonic Flow Meter - Cross
  2. ^ What is an Ultrasonic Flow Meter? - OMEGA
  3. ^ 10 parameters for choosing the optimal mass flowmeter for an application -P.I. Process Instrumentation
  4. ^ A Guide to Positive Displacement Flow Meters - Flow Metrics
  5. ^ Positive displacement meters: pros, cons and selection - ENGINEERLIVE
  6. ^ Advantages of Vortex Technology - EMERSON
  7. ^ A Guide To Choosing The Right Turbine Flow Meter For Your Industrial Needs - Smart Measurement
  8. ^ Turbine Flow Meter Explained | Operation and Calibration - REALPARS
  9. ^ Differential Pressure Flow meters - OMEGA
  10. ^ Laminar Flowmeters - CONTROL AUTOMATION
  11. ^ Important considerations for choosing an electromagnetic flow meter -ESE MAGAZINE
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