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流量計和流量傳感器的種類(lèi)(2)

流量計和流量傳感器的種類(lèi)(2)


英國FLUSSO 氣體流量計



基于激光的光流量計測量粒子的實(shí)際速度,這一特性不依賴(lài)于氣體的熱導率、氣體流量的變化或氣體的成分。該工作原理使光學(xué)激光技術(shù)能夠提供高度準確的流量數據,即使在可能包括高溫、低流速、高壓、高濕度、管道振動(dòng)和噪聲的挑戰性環(huán)境中也是如此。

 

光流量計非常穩定,沒(méi)有移動(dòng)部件,可在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內提供高度可重復的測量。由于兩個(gè)激光片之間的距離不會(huì )改變,因此光流量計在初次調試后不需要定期校準。光流量計只需要一個(gè)安裝點(diǎn),而不是其他類(lèi)型的流量計通常需要的兩個(gè)安裝點(diǎn)。單個(gè)安裝點(diǎn)更簡(jiǎn)單,需要更少的維護并且更不容易出錯。

 

明渠流量測量

明渠流動(dòng)描述了流動(dòng)液體的頂面對空氣開(kāi)放的情況;流動(dòng)的橫截面僅由下側通道的形狀決定,并根據通道中液體的深度而變化。適用于管道中固定流動(dòng)截面的技術(shù)在明渠中沒(méi)有用處。測量水道流量是一種重要的明渠流量應用。

 

水平流動(dòng)

使用各種輔助設備(起泡器、超聲波、浮子和差壓是常用方法)在堰后或水槽中的指定點(diǎn)測量水位。根據以下形式的理論公式將該深度轉換為流速

 

面積/速度

通過(guò)深度測量計算流動(dòng)的橫截面積,并直接測量流動(dòng)的平均速度(多普勒和螺旋槳方法很常見(jiàn))。速度乘以橫截面積得出可以集成到體積流量中的流量。面積速度流量計有兩種類(lèi)型:(1)濕式; (2) 非接觸式。濕區速度傳感器通常必須安裝在通道或河流的底部,并使用多普勒測量夾帶粒子的速度。有深度和一個(gè)編程的橫截面,這可以提供排放流量測量。使用激光或雷達的非接觸式設備安裝在通道上方并從上方測量速度,然后使用超聲波從上方測量水的深度。雷達設備只能測量表面速度,而基于激光的設備可以測量表面下的速度。

 

聲學(xué)多普勒測速

聲學(xué)多普勒測速 (ADV) 旨在以相對較高的頻率記錄單個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度分量。通過(guò)基于多普勒頻移效應測量遠程采樣體積中粒子的速度來(lái)進(jìn)行測量。

 

熱式質(zhì)量流量計

 

傳感器之間的溫差取決于質(zhì)量流量

熱質(zhì)量流量計通常使用加熱元件和溫度傳感器的組合來(lái)測量靜態(tài)和流動(dòng)熱傳遞到流體之間的差異,并根據流體的比熱和密度來(lái)推斷其流量。流體溫度也被測量和補償。如果流體的密度和比熱特性恒定,儀表可以提供直接的質(zhì)量流量讀數,并且在其指定范圍內不需要任何額外的壓力溫度補償。

 

技術(shù)進(jìn)步允許在微觀(guān)尺度上制造熱式質(zhì)量流量計作為 MEMS 傳感器;這些流量裝置可用于測量每分鐘納升或微升范圍內的流量。

 

熱式質(zhì)量流量計(也稱(chēng)為熱擴散或熱位移流量計)技術(shù)用于壓縮空氣、氮氣、氦氣、氬氣、氧氣和天然氣。事實(shí)上,大多數氣體都可以測量,只要它們相當干凈且無(wú)腐蝕性。對于更具腐蝕性的氣體,儀表可能由特殊合金(例如哈氏合金)制成,并且對氣體進(jìn)行預干燥也有助于*大限度地減少腐蝕。

 

如今,熱式質(zhì)量流量計用于測量氣體流量的應用范圍越來(lái)越廣,例如其他流量計量技術(shù)難以實(shí)現的化學(xué)反應或熱傳遞應用。流量傳感器的其他一些典型應用可以在醫療領(lǐng)域中找到,例如 CPAP 設備、麻醉設備或呼吸設備。 這是因為熱質(zhì)量流量計監測氣體介質(zhì)的一種或多種熱特性(溫度、熱導率和/或比熱)的變化以定義質(zhì)量流量。

 

MAF傳感器

在許多新型汽車(chē)中,質(zhì)量空氣流量 (MAF) 傳感器用于準確確定內燃機中使用的進(jìn)氣質(zhì)量流量。許多這樣的質(zhì)量流量傳感器使用加熱元件和下游溫度傳感器來(lái)指示空氣流量。其他傳感器使用彈簧式葉片。在任何一種情況下,車(chē)輛的電子控制單元都會(huì )將傳感器信號解釋為發(fā)動(dòng)機燃料需求的實(shí)時(shí)指示。

 

渦街流量計

另一種流量測量方法包括在流體路徑中放置一個(gè)鈍體(稱(chēng)為脫落桿)。當流體通過(guò)該條時(shí),會(huì )在流動(dòng)中產(chǎn)生稱(chēng)為渦流的擾動(dòng)。渦流在圓柱體后面,或者從鈍體的每一側尾隨。根據馮·卡門(mén) 1912 年對該現象的數學(xué)描述,這條渦流軌跡被稱(chēng)為馮·卡門(mén)渦街。這些渦流交替兩側的頻率基本上與流體的流速成比例。脫落器桿的內部、頂部或下游是用于測量渦流脫落頻率的傳感器。這種傳感器通常是壓電晶體,每次產(chǎn)生渦流時(shí)都會(huì )產(chǎn)生一個(gè)小但可測量的電壓脈沖。由于這種電壓脈沖的頻率也與流體速度成正比,因此使用流量計的橫截面積計算體積流量。測量頻率并通過(guò)流量計電子設備使用等式計算流量

 

聲納流量測量

 

氣體管線(xiàn)上的聲納流量計

聲納流量計是非侵入式夾式設備,用于測量輸送泥漿、腐蝕性流體、多相流體的管道中的流量以及不需要插入式流量計的流量。聲納流量計已廣泛應用于采礦、金屬加工和上游油氣行業(yè),傳統技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足這些行業(yè)的需求。由于它們對各種流態(tài)和調節比的耐受性而受到一定的限制。

 

聲納流量計能夠非侵入式地測量管道內的液體或氣體的速度,然后通過(guò)使用管道的橫截面積以及管線(xiàn)壓力和溫度將這種速度測量值轉化為流量。這種流量測量背后的原理是使用水下聲學(xué)。

 

 

電磁流量計

磁流量計,通常稱(chēng)為“電磁流量計”或“電磁流量計”,使用施加到計量管的磁場(chǎng),從而產(chǎn)生與垂直于磁通線(xiàn)的流速成比例的電位差。電位差由垂直于流動(dòng)和外加磁場(chǎng)排列的電極感應。起作用的物理原理是法拉第電磁感應定律。電磁流量計需要導電流體和非導電管道襯里。電極不得與工藝流體接觸腐蝕;一些電磁流量計安裝了輔助傳感器來(lái)清潔電極。施加的磁場(chǎng)是脈沖的,這使得流量計能夠抵消管道系統中雜散電壓的影響。

 

非接觸式電磁流量計

洛倫茲力測速系統稱(chēng)為洛倫茲力流量計(LFF)。 LFF 測量由運動(dòng)中的液態(tài)金屬與外加磁場(chǎng)之間的相互作用產(chǎn)生的整體或整體洛倫茲力。在這種情況下,磁場(chǎng)的特征長(cháng)度與通道的尺寸處于同一數量級。必須指出的是,在使用局部磁場(chǎng)的情況下,可以進(jìn)行局部速度測量,因此使用術(shù)語(yǔ)洛倫茲力測速儀。

 

超聲波流量計(多普勒,渡越時(shí)間)

超聲波流量計有兩種主要類(lèi)型:多普勒和渡越時(shí)間。雖然它們都利用超聲波進(jìn)行測量并且可以是非侵入性的(從管、管道或容器外部測量流量),但它們通過(guò)非常不同的方法測量流量。

 

超聲波渡越時(shí)間流量計測量沿流動(dòng)方向和逆流向傳播的超聲波脈沖的渡越時(shí)間差。該時(shí)間差是流體沿超聲波束路徑的平均速度的量度。通過(guò)使用**傳播時(shí)間,可以計算平均流體速度和聲速。

 

渡越時(shí)間超聲還可用于測量體積流量,而與容器或管的橫截面積無(wú)關(guān)。

 

超聲波多普勒流量計測量由流動(dòng)流體中的顆粒反射超聲波束引起的多普勒頻移。發(fā)射光束的頻率受粒子運動(dòng)的影響;該頻移可用于計算流體速度。為了使多普勒原理起作用,必須有足夠高密度的聲反射材料,例如懸浮在流體中的固體顆?;驓馀?。其中氣泡和固體顆粒會(huì )降低測量的準確性。由于對這些粒子的依賴(lài),多普勒流量計的應用有限。該技術(shù)也稱(chēng)為聲學(xué)多普勒測速。

 

超聲波流量計的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們可以有效地測量各種流體的流速,只要知道通過(guò)該流體的聲速即可。例如,超聲波流量計用于測量液化天然氣 (LNG) 和血液等多種流體。 人們還可以計算給定流體的預期聲速;這可以與超聲波流量計根據經(jīng)驗測量的聲速進(jìn)行比較,以監測流量計測量的質(zhì)量。質(zhì)量下降(測量的聲速變化)表明儀表需要維修。

 

科里奧利流量計

利用導致橫向振動(dòng)管扭曲的科里奧利效應,可以在科里奧利流量計中直接測量質(zhì)量流量。 此外,獲得了流體密度的直接測量值。無(wú)論被測氣體或液體的類(lèi)型如何,科里奧利測量都可以非常準確;相同的測量管可用于氫氣和瀝青,無(wú)需重新校準。

 

科里奧利流量計可用于測量天然氣流量。

 

激光多普勒流量測量

撞擊在運動(dòng)粒子上的一束激光將隨著(zhù)與粒子速度成正比的波長(cháng)變化而部分散射(多普勒效應)。激光多普勒測速儀 (LDV),也稱(chēng)為激光多普勒風(fēng)速計 (LDA),將激光束聚焦到含有小顆粒(自然產(chǎn)生或誘導產(chǎn)生的)流動(dòng)流體中的小體積中。粒子以多普勒頻移散射光。對這種偏移波長(cháng)的分析可用于直接且非常**地確定粒子的速度,從而確定流體速度的近似值。

 

許多不同的技術(shù)和設備配置可用于確定多普勒頻移。所有這些都使用光電探測器(通常是雪崩光電二極管)將光轉換為電波形以進(jìn)行分析。在大多數設備中,原始激光分為兩束。在一個(gè)通用的 LDV 類(lèi)中,兩束光束在它們的焦點(diǎn)處相交,在此處它們發(fā)生干涉并產(chǎn)生一組直條紋。然后將傳感器與流動(dòng)對齊,使邊緣垂直于流動(dòng)方向。當粒子穿過(guò)條紋時(shí),多普勒頻移光被收集到光電探測器中。在另一種通用的 LDV 類(lèi)中,一個(gè)光束用作參考,另一個(gè)光束是多普勒散射的。然后將兩束光束收集到光電探測器上,在光電探測器上使用光學(xué)外差探測來(lái)提取多普勒信號。

 

校準

盡管理想情況下流量計應該不受其環(huán)境的影響,但實(shí)際上情況不太可能如此。測量誤差通常源于不正確的安裝或其他環(huán)境相關(guān)因素。當流量計在正確的流量條件下校準時(shí),使用現場(chǎng)方法。流量計校準的結果將產(chǎn)生兩個(gè)相關(guān)的統計數據:性能指標度量和流量度量。

 

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