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典型流体的流量测量技术(一)

传感器技术 中字

流量测量是工业过程测量中的一个重要参数。在工业生产中承担着两类重要任务:其一为流体物资贸易核算储运管理和污水废气排放控制的总量计量;其二为流程工业提高产品质量和生产效率,降低成本以及水利工程和环境保护等作必要的流量检测和控制。 
流量测量涉及广泛的应用领域。过程测量、能源计量、环境保护、交通运输等高耗能领域对流量测量的需求急速增长,为流量测量技术提出了新的要求。不仅要求流量测量仪表耐高温高压,而且能自动补偿参数变化对测量精度的影响,从节约能源、成本核算、贸易往来及医药卫生等方面的特殊要求考虑,要求流量测量精度高、压损小、可靠性高。

新技术、新器件、新材料和新工艺及新软件的开发应用,使得流量计的测量准确度越来越高,流量的测量范围越来越广。同时流量计对测量介质的要求在降低,适用范围也越来越宽,智能化程度及可靠性得到了很大的提高。 

今天我们来说说几种典型流体的流量测量技术。

微小流量的测量

半导体制造业、生物工程、精细化工等的兴起,使流量测量向低端延伸,小流量计流量的要求在上世纪80∽90年代凸显起来。何谓小流量?业界尚无公认的定义和界限,小流量因应用领域而异是一个模糊的概念。管道小流量测量体现于管径小和流速低两个层次,就流程工业而言,习惯上DN10甚至DN15以下管径流量测量称之小流量测量,通常其流量值液体为1L/min或0.06m3/h以下,流量仪表满度流量时的流速低于0.1m/s。

1、测量方法

传统小流量测量技术节流差压(层流)法、浮子法和容积法等有了卓越的改进,新测量技术如超声法、热法、科里奥利法等也有成效地应于液体和气体小流量测量。

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2、特点

微小流量与一般流量测量相比较,具有以下特点。

1)雷诺数低

一般管道流动均为紊流流动,流量仪表也是针对紊流流动态设计的,而小流量仪表因管径小常处于层流流动(例如管内径6mm,流量0.05L/min,Re为1800或层流/紊流过渡区流态流动,小流量测量受使用中流体黏度变化影响颇大。

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2)要用实际使用流体校准

液体流量仪表一般用水校准,气体用空气校准。若知道实际测量流体与校准流体间某些物性不同对示值有规律变化时,中大管径流量仪表常以适当系数修正。但有些小流量仪表受黏度等流体物性影响大,须以实际使用流体校准。所幸流量小,用实际使用流体校准难度不大,但在作有害性流体校准时应注意安全和环境污染。

3)要求测量时防止污染流体

若测量洁净气体和纯水常不允许接触流体的仪表零件材料析出离子,例如半导体制备中仪表不能用金属和玻璃制成,只能用塑料。流体中也不允许混入活动件的磨蚀尘粒。流量仪表流通通道要尽可能简单,不应有潴留(指液体在体内不正常地聚集停留)部位,防止潴留介质变质。

4)气泡和尘埃附着的影响

因管径小黏性增加,液体中微细气泡易在管系流动过程中积聚变大,使测量时指示不稳,精确度下降。流体中尘埃附着测量元件也要影响测量值,例如浮子流量计的浮子上沉积有肉眼觉察不出的附着层也会影响示值。

5)流量仪表品种使用上受到一定限制

在众多测量原理流量仪表中,因各种原因小流量应用受到一些限制,当前能应用于小流量的品种如表格所示。

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