各种燃气流量计工作原理及性能特点讲解

各种燃气流量计工作原理及性能特点讲解

面对种类繁多的燃气流量计，如何为不同的用户选择一种合适的流量计可谓一个难题。跟随小编一起看看各类燃气流量计的工作原理及特点吧!

1.涡轮气体流量计

工作原理：当气流进入流量计时，首先经过特殊结构的前导流体并加速，在流体的作用下，由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，此时涡轮产生转动力矩，在涡轮克服阻力力矩和摩擦力矩后开始转动，当诸力矩达到平衡时，转速恒定，涡轮转动速度与流量成线性关系。

叶轮的转速经一副齿轮减速，同时由一个密封的磁性耦合件将转动传到仪表外部的机械式计数器。利用电磁感应原理，通过旋转的涡轮叶片顶端导磁体周期性地改变磁阻，从而在线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，测出脉冲信号的频率便得到流量的大小。涡轮流量计与流量计算机(或积算仪)配套使用，流量计算机有脉冲、温度、压力检测通道，并配有各种通讯接口。

涡轮流量计结构：由表体、导向体(导流器)、叶轮、轴、轴承及信号检测器等组成。

安装要求：

①安装涡轮流量计前，输气管线应该是清洁的，没有水、脏污和焊渣这些能够对涡轮叶片和机械部分造成损坏的杂质，被测介质不洁净时，要加过滤器。

②涡轮流量计对管道流速分布畸变及旋转流较敏感，因此要根据上游阻力件类型配备必要长度的直管段，一般其上游应具有最短10D的直管段长度，其下游应具有最短5D的直管段长度(D为流量计公称直径)，如果在流量计的上游存在着旋风分离器、空间接头、调压阀等复杂阻流件，则应在流量计上游5D的位置安装整流器。

③流量计应水平安装，避免垂直安装，如果管道里有水或者气体很潮湿，流量计管道应该是倾斜的，使得液体能够从流量计中流出，如果流量计垂直安装，流体的流向应该是向下的。

④保证流体的流动方向与仪表外壳的箭头方向一致，不得装反。

⑤被测介质对涡轮不能有腐蚀，特别是轴承处，否则应采取措施。

使用特点：涡轮流量计的优点是精度高、重复性好、围度广、结构紧凑、无零点漂移、抗干扰能力强等，缺点是不能长期保持校准特性及流体物性对流量特性有较大影响。

2.热式气体质量流量计

工作原理：热式气体质量流量计是利用热扩散原理测量气体流量的仪表。传感器由两个基准级热电阻(RTD)组成。一个是速度传感器RH，一个是测量气体温度变化的温度传感器RMG。当这两个RTD置于被测气体中时，其中传感器RH被加热，另一个传感器RMG用于感应被测气体温度。随着气体流速的增加，气流带走更多热量，传感器RH的温度下降。

根据热效应的金氏定律，加热功率P、温度差△T(TRH-TRMG)与质量流量Q有确定的数学关系式：

P/△T=K1+K2·f(Q)K3

K1、K2、K3是与气体物理性质有关的常数。

使用特点：热式气体质量流量计独特的温度差测量方式，区别于其它气体流量计，不需要进行压力和温度修正，可以直接测量气体的质量流量，是真正的直接式质量流量计。

3.涡街流量计

工作原理：涡街流量计是应用卡门涡街原理和现代电子技术设计而制造的一种流量计，旋涡的发生频率与流体的速度成正比。流体旋涡对三角柱产生交替变化的压力，由压电信号传感器检测成电信号经前置放大器进行放大，变成标准电信号输出。

优点：几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定;与孔板式流量计相比，涡街流量计测量围大，压力损失小，准确度高，安装与维护简单。

缺点：

①涡街流量计的测量围较大，一般10：1，但测量下限受许多因素限制。Re>10000是涡街流量计工作的最基本条件，除此以外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率f也小，还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应(如磁敏式一般不超过400Hz)和电路的频率限制，因此设计时一定要对流速围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。

②振动也是该类仪表的一大劲敌。因此在使用时注意避免机械振动，尤其是管道的横向振动(垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动)，这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定涡街所必要的流动条件时，是不宜直接选用的(要加装整流器)。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。

③介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压电应力式涡街流量计不能长期使用在300℃状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的10MΩ～100MΩ急降至1MΩ～10KΩ，输出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式，以免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。

4.超声波气体流量计

工作原理：超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。市面常见的时差法超声波流量计的工作原理为，超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响，在流体顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播时间差和流体的流速成正比。只要测出超声波在这两个方向上传播的时间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。

结构：超声波流量计主要由换能器和控制器(变送器)两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收换能器接收到超声波信号，通过传输线送到控制器(变送器)。控制器(变送器)的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS等控制系统。

安装要求：

①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以均匀直管段，以确保流体所需的流速分布;

②流量计尽可能水平或垂直安装，管必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的围;

③对于外夹式超声波流量计，测量点管道壁不能有过厚结垢层，尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能;

使用特点：

①稳定性好、维修率低，不存在可动部件;