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差压式流量计的特点及应用


第 26 卷第 8 期增刊             

仪 器 仪 表 学 报             2005 年 8 月

差压式流量计的特点及应用
姚 毅 杨平先 姚娅川
( 四川理工学院电子与信息工程系  自贡 643000) 摘要 结合工程使用经验, 介绍差压式流量计的选型要点及运用技巧, 探讨各种流量计的应用

。 关键词 差压式流量计 孔 板 V 型流量计 威力巴流量计

The Characteristic and Application of Differential Flowmeter
Yao  Yi Yang Ping xian  Yao Yachuan
( E lectr onic and I nf or mation Engineer ing D ep t . , S ichuan U niver sity of Science and Eng ineer ing , Zigong 643000, China)

Abstract S everal kinds of diff eren tial f low met ers and th e main point s for select ing t ypes are int rolduced, and t he ap plicat ion of diff erential flowmeters is d iscussed. Key words Diff erent ial flowmeter Orifice V f low met er V erabar flowmeter 目前在孔板计算中最 权威的应属国际 化组织

1 引  言
随着仪 表技术的 发展, 越来 越多的 流量测量 手段 被应用到工业各领域中。其中差压式流量计以其较低 的价格, 广泛的应用 场合, 长期 的使用 经验, 以及 越来 越高的精度, 在流量测量中一直占有非常重要的地位。 根据安 装于管道中 流量检测件 产生的 差压、 已知 的流 体条件, 以及检测件与管道的几何尺寸, 可选择不同的 差压计, 为提高检测精度、 稳定性和延长流量计的使用 寿命。 笔者在长期的工程实践中, 摸索出了一些工程实 用经验以供参考。

IS O 5167 中的有 关公式, 根据不 同流 介特性 选择不 同 形式 孔板, 选型 中非 常重 要的 一点 就是, 在一 种工 况 下, 多 种类 型孔 板都 能够 采用 的时 候, 尽 量选 用符 合 IS O 5167-2 或 GB / T 2624-93 规范 的标准 孔板, 由于 标 准孔板的制造规范是经长期、 大量实验推导出来的, 有 很高的可靠性。 在设定范围内流量与差压的方根值, 可 以维持较好的线性度。 只要制造厂按标准加工, 其流量 是无需 标定的, 而非标 准孔板及 大部分其 它流量 计出 厂时必须要经专门的检测标定。 在孔板设计计算中, 重要的是要处理好刻度流量、 差压上限和 之间的关系。根据刻度流量, 设定一常规 值, 计算 P 值, 再根据 P 值适当调整 值。 刻度流量 通常是正常操作流量的1. 3 倍与最大流量的 1. 1 倍, 两 者 取最大值, 或是满足正常 流量是刻度流量的 70% 左 右, 最小 流量不 低于 25% ; 差 压上 限一 般推 荐 10, 16, 25, 40, 50k Pa 几档, 值取 0. 5~0. 6 为推荐值。 2. 3 安装 “ 小进大出” 是仪表行业人员对于孔板安装流向的 常用语, 其意思是孔板的锐边应迎着被测流体的流向, 使流体从孔板的上游端流向孔板的下游端面。这对于 标 准孔板、 圆缺孔板和偏 心孔板都是正确的, 然而 1/ 4 圆孔板 和锥形入口孔 板却恰恰 相反, 它们 开孔的 锋利 端必须背着被测流体的流向, 是“ 大进小出” 。

2 孔  板
孔板是 一种非常 成熟的流 量测量 方式, 根据 各种 不同的工况, 会选用不同形式的孔板。 常见的有标准孔 板, 圆缺孔板, 偏心孔板, 1/ 4 圆孔板几种。 2. 1 适用范围 标准孔板适用一般洁净, 黏度不大的介质; 圆缺孔 板适用黏度 较高, 比较脏的介质; 1/ 4 圆孔板适 用于黏 度较高, 流速较小的介质; 偏心孔板适用于包含固体颗 粒物流体的流量测量。 2. 2 计算和选型

 第 8 期增刊

差压式流量计的特点及应用

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如何保证孔板有足够长的上、 下游直管段, 一直是 工程设计、 施工中一个较为头痛的问题。 我们在工作中 注意到节流元件只有在前后流体有充分发展的速度剖 面基础上, 才能保证流体的测量精度。 直管长的具体要 求应按《 自动化仪表工程施工及验收规范》 执行。 威力巴 流量计的探 头为单 片双腔结 构, 它的 截面 采用了子弹头形状, 在其前部表面进行了粗糙化处理, 通过面积积分所得的多对取压孔遍及整个管道的速度 剖面。 迎面流体的取压孔读取高压平均信号, 在探头的 侧后两 边, 流体与探头 的分离点 之前的低 压取压 孔读 V 型锥 流量计是 一种新型 差压式 流量计, 主 要用 于大流量的精确计量。 从结构上看, V 型流量计是一个 圆锥体 悬挂于管道 的中央, 流体 从流体 的顶部方 向进 入, 从底部方向流出。它从根本上“ 将流体收缩到管道 中心” 的概念改变成“ 收缩到管道的内边壁”原理与孔 。 板流量计相同, 都是通过节流前后的压差来测量流量。 区别在 于孔板流量 计是管道四 周节流, 属于突然 收缩 式节流装置, V 型流量计是中央节流, 属逐渐收缩式节 流装置。 V 型流量计的稳定流量的计算公式为: Q V = KY Y= 1。 虽 然 V 型流量计流量测量公式与 孔板相似, 但几 何结构完全不同, 因而相对孔板具有以下一些特点: ( 1) 无苛刻的直管段要求 V 型流量计的锥体本身重新安排了上游的流速分 布, 相当于自带了整流器, 从而大大的缩短了直管段的 长度要求。 按照新规范, 孔板的上下游直管段至少要保 证 ( 22) D, 而 V 型流量计 一般上 游只需 ( 1~2 ) D 直管 段长, 而下游需( 3~5) D 或更小的直管段。 ( 2) 相对压损小 由于没 有锐利的 边口, V 型 流量计 到来的压 力损 失是恒定的, 且远比孔板的压损小。 型锥流量计背压 V 稳定, 所以可把正常使用的差压放在较低的范围内, 满 量程差压 一般为 4~ 5k Pa 或更 低, 正常 流量对应 的差 压大概在 2k Pa 左右, 永久压损在 1kPa 左右。 ( 3) 改变流速轮廓 一 个 V 型锥体悬挂在管道中心, 改 变了管道内流 体速度分布, 从而达到使流速相对“ 匀化” 的效果, 这使 得 V 型锥体流量计 在流速较低 时, 仍能产生足 够的压 差, 随着流 速的 降低, 传统 的差 压仪 表早 已不 能测 量 了, 而 V 型锥体流量计作用却更加显著。 在自备热电站的化工工程中, 流量测量全部采用差 压式流量计, 根据不同介质和不同工况作了以下选型: 高压蒸汽及给水部分: 考虑到永久压损低, 长期运 行成本低, 以及不易泄漏等特点, 选用威力巴流量计; 背压蒸汽及给水部分: 考虑到一次性投资低, 流体 较稳定等特点, 选用标准孔板;
( 下转第 398 页)

4 威力巴流量计

3 V 型锥流量计

取低压平均信号。 威力巴流量计与其它差压流量计一样都遵循伯努 利方程: QV = K C P/ P

Q V 为流体 的体积 流量, K 为流 量系数, C 为流 量 常数; P 为探头所产生的差压。 K = 1/ [ 1/ ( 1- Cb Bv ) + C ] Cb 为边界层系数, Bv 为阻塞系数。 相对于 常规的差压 式流量 计, 威力巴 流量计 具有 以下一些特点: 可在各 种管径的管 道上进 行安装, 尤 其适用 于管 径较大 的管道中气体 流量测量; 可在圆管 或方管 上进 行测 量; 威 力巴 在安 装过 程中, 只需 要进 行简 单的 焊 接, 焊接的工作量从几厘米到十几厘米不等, 基本上与 管道的大小无关; 因为威力巴采用非收缩节流设计, 比 起孔板大大减少了永久压损。 孔板压损经验公式: 当 = 0. 6 时, PPL 0= 0. 6× P = 0. 7 时, PPL 0= 0. 5× P 威力巴压损经验公式: PPL0= 0. 3× P 由于威力巴的压差 P 的孔径的差压 P 小一个数 量级, 而压损比例又小一个数量级, 所以威力巴的压损 和孔板 的压损相比是 微不足道, 因而威力 巴流量 计的 运行成本大大低于孔板的运行成本。

P/

其中: K 为常数; Y 为 气体膨胀 系数, 在 非压缩应 用时

5 选型实例

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仪 器 仪 表 学 报                   第 2 6 卷 

  准直透镜系统的结构如图 2 所示。

图 2 准直透镜系统结构示意图

4 结  论
干扰光 发射系统采 用高压 氙灯、 椭球 面反光 镜及 负透镜 准直技术形成 平行光, 再 通过库德 反射镜 和发 散反射棱 镜发出具 有 3° 发散角 的强干扰 光, 其作 用距
图 1 发射光学系统总体结构示意 图

离在中等气象条件下, 为 1km≤L ≤5km。   参考文献
1 黄泽贵, 胡国平. 光电 对抗新技术 的应用与展 望. 电 子对

3 准直透镜系统结构参数的确定
对于准直透镜系统的机构参数利用 ZEM AX 软件 进行确定。 首先设计出光学特性与所要求相接近的光学结构作 为初始结构, 通过逐步修改, 达到满足光学特性要求的成 像质量。 经过多次修改, 最终确定其结构参数如表1 所示。
表 1 结构参数
结构 参 数 光学性能 r f = 298. 606 D / f= 1∶10 l ′ 161. 894 F= 135. 500 82. 960 67. 410 97. 602 - 164. 200 300. 000 d 8. 01 8. 00 9. 98 14. 81 8. 00 n 1. 51637( K 9) 1. 61295( F2) 1. 51637( K 9) D0 60 60 60

抗技术, 2002, 17( 4) : 38~43. 2 杨虎, 谢德林. 光电对 抗应用技术 分析. 光电工 程, 1998, 25( A 12) : 62~65. 3 叶 盛祥, 谢 德林, 等. 光 电对 抗技 术. 光电 工程, 2001, 28 ( 1) : 67~72. 4 光学仪器 设计手册 编写组. 光学仪器 设计手册. 北京: 国 防工业出版社, 1972. 5 李士 贤, 李林. 光学设计手册( 修订版) . 北京: 北京理工大 学出版社, 1996.

( 上接第 387 页)

  进料及转料计量: 考虑到流体中杂质较多, 并且有 晶状颗粒, 选用 V 型锥流量计。 该工程投运一年多来, 流量计运行精度高, 维护工 作量小, 取得了较好的效果。

精度、 增加 流量计的稳 定性和延 长使用寿 命都有 一定 的作用。 作者在这里也是抛砖引玉, 希望读者在工程实 践中进一步摸索和总结经验。   参考文献
1 王森. 仪表常用 数据手册. 北京: 化学工 业出版 社, 1998. 69. 2 林综虎. 工程测 量技术手册 . 北京: 化工 业出版 社, 1997. 189~191.

6 结  论
介绍了几种差压式流量计在实际工程中的选型方 法和使 用技巧, 经过 实际工程使 用证明 它对提高 检测


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