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流量表是一個科技名詞。

中國文字是歷史上最古老的文字之一[1]。也是至今通行的世界上最古老的文字。世界上還沒有任何一種文字像漢字這樣經久不衰。 從甲骨文發展到今天的漢字,已經有數千年的歷史。文字的發展經過了甲骨文、金文、大篆、小篆、隸書[2]、草書、楷書、行書等書體演變。

名詞解釋

流量表又稱為流量計,測量液體的瞬時流量和累計體積總量,也可以對液體定量控制。具有精度高壽命長操作維護簡單等特點。主要應用於工業生產過程,能源計量,環境保護工程,交通運輸, 生物技術, 科學實驗, 海洋氣象,江河湖泊等領域。

常用流量表工作原理

電磁流量計

電磁流量計的工作原理是基於法拉第電磁感應定律。在電磁流量計中,測量管內的導電介質相當於法拉第試驗中的導電金屬杆,上下兩端的兩個電磁線圈產生恆定磁場。當有導電介質流過時,則會產生感應電壓(工作原理如下圖所示)。管道內部的兩個電極測量產生的感應電壓。測量管道通過不導電的內襯(橡膠,特氟隆等)實現與流體和測量電極的電磁隔離。傳感器主要組成部分是:測量管、電極、勵磁線圈、鐵芯與磁軛殼體。它主要用於測量封閉管道中的導電液體和漿液中的體積流量。包括酸、鹼、鹽等強腐蝕性的液體。該產品廣泛應用於石油、化工、冶金、紡織、食品、製藥、造紙等行業以及環保、市政管理,水利建設等領域。

轉子流量計

轉子流量計由兩個部件組成,轉子流量計一件是從下向上逐漸擴大的錐形管;轉子流量計另一件是置於錐形管中且可以沿管的中心線上下自由移動的轉子。轉子流量計當測量流體的流量時,被測流體從錐形管下端流入,流體的流動衝擊着轉子,並對它產生一個作用力(這個力的大小隨流量大小而變化);當流量足夠大時,所產生的作用力將轉子托起,並使之升高。同時,被測流體流經轉子與錐形管壁間的環形斷面,這時作用在轉子上的力有三個:流體對轉子的動壓力、轉子在流體中的浮力和轉子自身的重力。 流量計垂直安裝時,轉子重心與錐管管軸會相重合,作用在轉子上的三個力都沿平行於管軸的方向。當這三個力達到平衡時,轉子就平穩地浮在錐管內某一位置上。對於給定的轉子流量計,轉子大小和形狀己經確定,因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量,唯有流體對浮子的動壓力是隨來流流速的大小而變化的。因此當來流流速變大或變小時,轉子將作向上或向下的移動,相應位置的流動截面積也發生變化,直到流速變成平衡時對應的速度,轉子就在新的位置上穩定。對於一台給定的轉子流量計,轉子在錐管中的位置與流體流經錐管的流量的大小成一一對應關係。

為了使轉子在在錐形管的中心線上下移動時不碰到管壁,通常採用兩種方法:一種是在轉子中心裝有一根導向芯棒,以保持轉子在錐形管的中心線作上下運動,另一種是在轉子圓盤邊緣開有一道道斜槽,當流體自下而上流過轉子時,一面繞過轉子,同時又穿過斜槽產生一反推力,使轉子繞中心線不停地旋轉,就可保持轉子在工作時不致碰到管壁。轉子流量計的轉子材料可用不鏽鋼、鋁、青銅等製成。

超聲波流量計

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量,並將其發射到被測流體中,接收器接收到的超聲波信號,經電子線路放大並轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。超聲波流量計的電子線路包括發射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數字量或模擬量顯示。超聲波流量計按測量原理分類有:①傳播時間法;②多普勒效應法;③波束偏移法;④相關法;⑤噪聲法。

渦街流量計

渦街流量計是利用流體力學中著名的卡門渦街原理,即在流動的流體中插入一個非流線型斷面的柱體,流體流動受到影響,在一定的雷諾數範圍內將在柱體下游,均要產生漩渦分離。漩渦分離頻率,即單位時間內由柱體一側分離的漩渦數目f與流體速度V1成正比,與柱體迎流面的寬度d成反比,即:

式中:

f—漩渦分離頻率;

Sr—斯特勞哈爾數(無量綱),對於一定柱型在一定流量範圍內是雷諾數的函數;

V1—漩渦發生體兩側的流速,m/s;

d—漩渦發生體迎流寬。

渦街流量計由殼體、漩渦發生體和放大器組成。一種典型的結構如圖2所示,殼體內插入柱體,由其產生的渦街信號可用各種檢測方式檢出,經放大器放大後,輸出脈衝信號。

質量流量計

科氏質量流量計是一種用於直接測量質量流量的流量計,它在原理上消除了溫度、壓力流體狀態、密度等參數的變化對測量精度的影響,可以適應氣體、液體、兩相流、高黏度流體和糊狀介質的測量。一台質量流量計的計量系統包括一台傳感器和一台用於信號處理的變送器。Rosemount質量流量計依據牛頓第二定律:力=質量×加速度(F=ma),當質量為m的質點以速度V在對P軸作角速度ω旋轉的管道內移動時,質點受兩個分量的加速度及其力:

(1)法向加速度,即向心加速度αr,其量值等於2ωr,朝向P軸;

(2)切向角速度αt,即科里奧利加速度,其值等於2ωV,方向與αr垂直。由於複合運動,在質點的αt方向上作用着科里奧利力Fc=2ωVm,管道對質點作用着一個反向力-Fc=-2ωVm。

當密度為ρ的流體在旋轉管道中以恆定速度V流動時,任何一段長度Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx

式中,A-管道的流通截面積。

由於存在關係式:mq=ρVA

所以:ΔFc =2ωqmΔx

因此,直接或間接測量在旋轉管中流 動流體的科里奧利力就可以測得質量流量 。

流量表分類

電磁按激磁方式分類:直流勵磁;交流勵磁;低頻方波勵磁,要產生一個均勻恆定的磁場,就需要選擇一種合適的勵磁方式。如按勵磁電流方式劃分,有直流勵磁、交流(工頻或其他頻率)勵磁、低頻矩形波勵磁和雙頻矩形波勵磁。

1.直流勵磁:直流勵磁方式用直流電或採用永久磁鐵產生一個恆定的均勻磁場。這種直流勵磁變送器的最大優點是受交流電磁場干擾影響很小,因而可以忽略液體中的自感現象的影響。但是使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化,即電解質在電場中被電解,產生正負離子,在電場力的作用下,負離子跑向正極,正離子跑向負極,這將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍,嚴重影響儀表的正常工作。所以,直流勵磁一般只用於測量非電解質液體,如液態金屬流量(常溫下的汞和高溫下的液態鋼、鋰、鉀)等。

2.交流勵磁:工業上使用的電磁流量表,大都採用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式產生交變磁場,避免了直流勵磁電極表面的極化干擾。但是用交流勵磁會帶來一系列的電磁干擾問題(例如正交干擾、同相干擾、零點漂移等)。現在交流勵磁正在被低頻方波勵磁所代替。

3. 低頻方波勵磁:低頻方波勵磁波形有二值(正-負)和三值(正-零-負-零)兩種,其頻率通常為工頻的1/2~1/32。低頻方波勵磁能避免交流磁場的正交電磁干擾,消除由分布電容引起的工頻干擾,抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流,排除直流勵磁的極化現象。

參考文獻