流量计和流量传感器的种类(2)
英国FLUSSO 气体流量计
基于激光的光流量计测量粒子的实际速度,这一特性不依赖于气体的热导率、气体流量的变化或气体的成分。该工作原理使光学激光技术能够提供高度准确的流量数据,即使在可能包括高温、低流速、高压、高湿度、管道振动和噪声的挑战性环境中也是如此。
光流量计非常稳定,没有移动部件,可在产品的整个生命周期内提供高度可重复的测量。由于两个激光片之间的距离不会改变,因此光流量计在初次调试后不需要定期校准。光流量计只需要一个安装点,而不是其他类型的流量计通常需要的两个安装点。单个安装点更简单,需要更少的维护并且更不容易出错。
明渠流量测量
明渠流动描述了流动液体的顶面对空气开放的情况;流动的横截面仅由下侧通道的形状决定,并根据通道中液体的深度而变化。适用于管道中固定流动截面的技术在明渠中没有用处。测量水道流量是一种重要的明渠流量应用。
水平流动
使用各种辅助设备(起泡器、超声波、浮子和差压是常用方法)在堰后或水槽中的指定点测量水位。根据以下形式的理论公式将该深度转换为流速
面积/速度
通过深度测量计算流动的横截面积,并直接测量流动的平均速度(多普勒和螺旋桨方法很常见)。速度乘以横截面积得出可以集成到体积流量中的流量。面积速度流量计有两种类型:(1)湿式; (2) 非接触式。湿区速度传感器通常必须安装在通道或河流的底部,并使用多普勒测量夹带粒子的速度。有深度和一个编程的横截面,这可以提供排放流量测量。使用激光或雷达的非接触式设备安装在通道上方并从上方测量速度,然后使用超声波从上方测量水的深度。雷达设备只能测量表面速度,而基于激光的设备可以测量表面下的速度。
声学多普勒测速
声学多普勒测速 (ADV) 旨在以相对较高的频率记录单个点的瞬时速度分量。通过基于多普勒频移效应测量远程采样体积中粒子的速度来进行测量。
热式质量流量计
传感器之间的温差取决于质量流量
热质量流量计通常使用加热元件和温度传感器的组合来测量静态和流动热传递到流体之间的差异,并根据流体的比热和密度来推断其流量。流体温度也被测量和补偿。如果流体的密度和比热特性恒定,仪表可以提供直接的质量流量读数,并且在其指定范围内不需要任何额外的压力温度补偿。
技术进步允许在微观尺度上制造热式质量流量计作为 MEMS 传感器;这些流量装置可用于测量每分钟纳升或微升范围内的流量。
热式质量流量计(也称为热扩散或热位移流量计)技术用于压缩空气、氮气、氦气、氩气、氧气和天然气。事实上,大多数气体都可以测量,只要它们相当干净且无腐蚀性。对于更具腐蚀性的气体,仪表可能由特殊合金(例如哈氏合金)制成,并且对气体进行预干燥也有助于*大限度地减少腐蚀。
如今,热式质量流量计用于测量气体流量的应用范围越来越广,例如其他流量计量技术难以实现的化学反应或热传递应用。流量传感器的其他一些典型应用可以在医疗领域中找到,例如 CPAP 设备、麻醉设备或呼吸设备。 这是因为热质量流量计监测气体介质的一种或多种热特性(温度、热导率和/或比热)的变化以定义质量流量。
MAF传感器
在许多新型汽车中,质量空气流量 (MAF) 传感器用于准确确定内燃机中使用的进气质量流量。许多这样的质量流量传感器使用加热元件和下游温度传感器来指示空气流量。其他传感器使用弹簧式叶片。在任何一种情况下,车辆的电子控制单元都会将传感器信号解释为发动机燃料需求的实时指示。
涡街流量计
另一种流量测量方法包括在流体路径中放置一个钝体(称为脱落杆)。当流体通过该条时,会在流动中产生称为涡流的扰动。涡流在圆柱体后面,或者从钝体的每一侧尾随。根据冯·卡门 1912 年对该现象的数学描述,这条涡流轨迹被称为冯·卡门涡街。这些涡流交替两侧的频率基本上与流体的流速成比例。脱落器杆的内部、顶部或下游是用于测量涡流脱落频率的传感器。这种传感器通常是压电晶体,每次产生涡流时都会产生一个小但可测量的电压脉冲。由于这种电压脉冲的频率也与流体速度成正比,因此使用流量计的横截面积计算体积流量。测量频率并通过流量计电子设备使用等式计算流量
声纳流量测量
气体管线上的声纳流量计
声纳流量计是非侵入式夹式设备,用于测量输送泥浆、腐蚀性流体、多相流体的管道中的流量以及不需要插入式流量计的流量。声纳流量计已广泛应用于采矿、金属加工和上游油气行业,传统技术无法满足这些行业的需求。由于它们对各种流态和调节比的耐受性而受到一定的限制。
声纳流量计能够非侵入式地测量管道内的液体或气体的速度,然后通过使用管道的横截面积以及管线压力和温度将这种速度测量值转化为流量。这种流量测量背后的原理是使用水下声学。
电磁流量计
磁流量计,通常称为“电磁流量计”或“电磁流量计”,使用施加到计量管的磁场,从而产生与垂直于磁通线的流速成比例的电位差。电位差由垂直于流动和外加磁场排列的电极感应。起作用的物理原理是法拉第电磁感应定律。电磁流量计需要导电流体和非导电管道衬里。电极不得与工艺流体接触腐蚀;一些电磁流量计安装了辅助传感器来清洁电极。施加的磁场是脉冲的,这使得流量计能够抵消管道系统中杂散电压的影响。
非接触式电磁流量计
洛伦兹力测速系统称为洛伦兹力流量计(LFF)。 LFF 测量由运动中的液态金属与外加磁场之间的相互作用产生的整体或整体洛伦兹力。在这种情况下,磁场的特征长度与通道的尺寸处于同一数量级。必须指出的是,在使用局部磁场的情况下,可以进行局部速度测量,因此使用术语洛伦兹力测速仪。
超声波流量计(多普勒,渡越时间)
超声波流量计有两种主要类型:多普勒和渡越时间。虽然它们都利用超声波进行测量并且可以是非侵入性的(从管、管道或容器外部测量流量),但它们通过非常不同的方法测量流量。
超声波渡越时间流量计测量沿流动方向和逆流向传播的超声波脉冲的渡越时间差。该时间差是流体沿超声波束路径的平均速度的量度。通过使用**传播时间,可以计算平均流体速度和声速。
渡越时间超声还可用于测量体积流量,而与容器或管的横截面积无关。
超声波多普勒流量计测量由流动流体中的颗粒反射超声波束引起的多普勒频移。发射光束的频率受粒子运动的影响;该频移可用于计算流体速度。为了使多普勒原理起作用,必须有足够高密度的声反射材料,例如悬浮在流体中的固体颗粒或气泡。其中气泡和固体颗粒会降低测量的准确性。由于对这些粒子的依赖,多普勒流量计的应用有限。该技术也称为声学多普勒测速。
超声波流量计的一个优点是它们可以有效地测量各种流体的流速,只要知道通过该流体的声速即可。例如,超声波流量计用于测量液化天然气 (LNG) 和血液等多种流体。 人们还可以计算给定流体的预期声速;这可以与超声波流量计根据经验测量的声速进行比较,以监测流量计测量的质量。质量下降(测量的声速变化)表明仪表需要维修。
科里奥利流量计
利用导致横向振动管扭曲的科里奥利效应,可以在科里奥利流量计中直接测量质量流量。 此外,获得了流体密度的直接测量值。无论被测气体或液体的类型如何,科里奥利测量都可以非常准确;相同的测量管可用于氢气和沥青,无需重新校准。
科里奥利流量计可用于测量天然气流量。
激光多普勒流量测量
撞击在运动粒子上的一束激光将随着与粒子速度成正比的波长变化而部分散射(多普勒效应)。激光多普勒测速仪 (LDV),也称为激光多普勒风速计 (LDA),将激光束聚焦到含有小颗粒(自然产生或诱导产生的)流动流体中的小体积中。粒子以多普勒频移散射光。对这种偏移波长的分析可用于直接且非常**地确定粒子的速度,从而确定流体速度的近似值。
许多不同的技术和设备配置可用于确定多普勒频移。所有这些都使用光电探测器(通常是雪崩光电二极管)将光转换为电波形以进行分析。在大多数设备中,原始激光分为两束。在一个通用的 LDV 类中,两束光束在它们的焦点处相交,在此处它们发生干涉并产生一组直条纹。然后将传感器与流动对齐,使边缘垂直于流动方向。当粒子穿过条纹时,多普勒频移光被收集到光电探测器中。在另一种通用的 LDV 类中,一个光束用作参考,另一个光束是多普勒散射的。然后将两束光束收集到光电探测器上,在光电探测器上使用光学外差探测来提取多普勒信号。
校准
尽管理想情况下流量计应该不受其环境的影响,但实际上情况不太可能如此。测量误差通常源于不正确的安装或其他环境相关因素。当流量计在正确的流量条件下校准时,使用现场方法。流量计校准的结果将产生两个相关的统计数据:性能指标度量和流量度量。