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电磁流量计和超声波流量计基本性能的比较

发布时间:2019-02-21 21:44:10 浏览:

随着传感器技术、电子技术、计算机技术和新材料技术的迅速发展和应用,电磁流量计和超声波流量计 这两种高新技术产品的发展迅速,系列越来越多,用途越来越广,二者之间的选择也越来越多,由于二者之间之 间的性价比很相似,可比性很强,很多用户在二者之间选择时犹豫不定。对这两种流量计的基本原理特性和基 本技术性能进行分析和比较,说明了仪表选型应从性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用这五方面因 素进行综合考虑,供选择和使用者参考。

1.前言

在《流量测量方法和仪表选用》一书中说“有人调查美国 装用的千余台流量仪表,发现约60%所选择的测量方法不是 最合适的或使用不正确,这60%中的约60%虽然采用了合适 的测量方法,却错误的布置和安装,由此可见正确选择和使用 流量仪表并非易事。书中又说:“要正确和有效地选择测量 方法和仪表,必须熟悉仪表和使用流体特性这两方面,同时还 要考虑经济因素。归纳起来有五个方面的因素,即性能要求、 流体特性、安装要求、环境条件和费用,即使经验丰富的工程 师,综合这些因素提出最优方案亦非易事”。

从原则上讲,最适合的流量计就是最好的流量计。如果 只需知道管道中的流体是否正常流动,如果没有测量精确度 的要求,就可以选择价格低廉使用可靠成本较低的流量计即 可。但对测量精确度要求很高,用于特殊介质或特殊工作条 件、差价不大、可比性较强的流量计,选择起来就不那么容易 了,本文将对电磁流量计和超声波流量计这两种可比性很强 的流量计,通过基本原理特性和基本技术性能的比较和浅析, 来阐述在选择时应该注意的一些地方。

2.电磁流量计和超声波流量计的基本技术性能比较

电磁流量计和超声波流量计基本技术性能比较见表1。

表1中两种流量计的基本技术性能有些比较直观易解, 需要说明的是确定流量计精确度的参考流动条件和这两种流 量计的特性。因为无论采用那种确定流量计精确度的方法, 都必须溯源到原始标准的精确度,而原始标准的精确度又是 建立在有关标准规定的参考流动条件下确定的。

美国著名流量专家米勒编著的《流量测量工程手册》一书 中全面归纳出“参比”编注:参考文献[5])流动条件的含义是:

具有充分发展的层流或紊流的速度分布,无旋涡并且 是与轴对称的(围绕管道的中心轴线是对称的)。

为牛顿流体。

为充满圆管的均匀单向流体。

为定常流。

对于因温度、压力变化所引起的尺寸变化或其它已知 系统误差,已进行了流量计算的校正。

如果现场流动条件偏离了参比流动条件,就会给测量带 来附加误差,偏离参比流动条件的因素叫影响量。速度分布的 失常,非均相流,脉动流和气穴是影响各种流量计测量特性的 四个主要影响量。一种影响量所造成的误差程度与该流量计

对这种影响量的敏感度,以及是否能进行流量计算的修正有关.

名称

基本性能

电磁流量计

超声波流量计

共同特点

传感器测量管段内无阻扰易损可动零部件几乎没有压力损失,是理想 的节能产品;一般不会产生气蚀,使用相对安全可靠;可测正反流等。

可测流体(与物 理原理有关)

导电流体,电导率>5us/cra (5X10_6西门子/厘米)

不能测量气体、石油、石油制品及 有机溶剂等不导电介质

导声流体 包括气体、石油、石油制品及有机 溶剂等不导电介质

公称通径适用范 围mm),均用于 测水流量

DN3DN3000

1、夹装式:一般适用DN100DN1800, W法下限一般可达到 DN40或更小。

2、管段式包括插入式和非插入 式)一般适用DN40DN1800; 1?法与夹装式相同。

3、现场安装的插入式或内装式: DN1800DN10700,或边长与此 尺寸相同矩形或方形砼涵

参考流动状态下 的误差

(均为水流量

DN15DN600

 0.3%R (流速衾 lm/s)±3 mm/s (流速 <lm/s)

单(两)声道 夹装式

?.5%R (R为视值误差)

单(两)声道 管段式

?%R

DN3DK10 DN700DK3000

?.5%R (流速> 0. 8m/s )或土 4 /s (流速 <0. 8m/s)

两声道湿式

?%R

四声道湿式

?. 5%R

雷诺数修正

检测电极所产生的感应电动势与平 均流速成正比,测量是线性的。因 此,在整个测量范围内,不论是戻 流或是紊流状态都无需进行雷诺数 修正。

单声道(或双声道)夹坡式或单声 进插入式(即湿式)必须把平均流 速转换成面平均流速,并进行雷诺 数修正,其修正范_5 X104108

对直管段长度的 要求

表前一般5DN,表后3DN

除四声道以上极式系统外,两声道特别是单声道系统要求高,且与管 路结构形式密切相关。

对牛顿流体及液 固两相或多相流 体的测量

可测纸衆、泥浆、血浆等非亇顿流 体和水煤浆及水与其它多种固体颗 粒的混相流

未见有关资料

对脉动流的测量

反应速度快,可测脉动流量

有正逆流转换时间间隔,对瞬时流 速交化不敏感

对液体其它物理 参数要求

测量+受流体密度、粘度、温度、 压力和电导率变化的影响。

测量不受流体、粘度和密度的影响, 但须进行累诺数修正

 

在各种影响量中,速度分布是最重要的,也是最少被人理 解的一种影响量。旋流、非牛顿流体和轴向不对称的速度分 布对流量计特性的影响,不仅是难以分析的,而且在实验室中 也很难再现。要弄清速度分布对流量计特性的影响,首先要 了解与速度分布有关的术语涵义。

速度分布:在管道横截面积上流体速度轴向矢量的分 布模式。

充分发展的速度分布:一种一经形成则从流体流动的 一个横截面积到另一个横截面积不会发生变化的速度分布,它通常是在足够长的管道直管段末端形成。

所以在确定流量计精确度时,都必须是在同一标准状态 下进行才具有可比性。下面分别将电磁流量计和超声波流量 计的基本特性进行对比说明。

3.电磁流量计的基本特性

电磁流量计近20年来获得迅速发展,占有量跃居前三名。 随着先进技术的发展应用,电磁流量计的优点得以充分发挥, 缺点和局限性得以弥补和改进。其优点是:

传感器结构简单,无活动部件和阻碍流体流动的扰动 件,不会发生管道堵塞。可以测量污水、泥浆、悬浮物,也可测 量食品、药浆类需要卫生条件的流体。无压力损失,即使是大 口径耗电量也仅有20瓦左右,属于节能环保性仪表。

转换器通用性强、工作可靠、具有互换性、功能具有多 样性、可选择性、显示和输出方式多种多样。可以适用不同用 户的需要,特别是智能型电磁流量计,具有可编程的输出功能, 各种数字通信方式,小信号可予切除,具有自检和自诊断功能, 可方便地进行参数设定、编程等。性能稳定、可靠、检修简便。

传感器衬里和电极材料有多种选择,可适应不同的介 质,耐磨损、耐腐蚀。测量信号不受流体密度、粘度、温度、压 力和电导率变化的影响。采用沉浸结构可在水下工作。采用 防爆性,可以在相应的有爆炸危险的场所工作。

测量范围度宽,从原理上讲,它的流量方程式是线性的, 每个量程中可以达到线性范围50: 1。对于同一台表,可以达 到的测量范围度2500:1,这是其它流量计无法比拟的。

它的缺点是不能测量气体、蒸汽和含有大量气泡的液体, 不能测量石油及其制品等不导电液体,受衬里材料和电气绝 缘材料的温度限制,目前不能测量高温流体有的厂家限定 200 °C以下,有的是150°C以下)。

4 .超声波流量计的基本特性

超声波束(超声脉冲)在流体中的传输速度要受到流向及 流速的影响,或者流体中颗粒的移动会对超声波束的频率或相 位造成影响,这些现象都可以用来测量流体的流速(流量),从 而造成超声波流量计。世界上第一台超声波流量计于1928 诞生于德国,此后获得迅速发展。到现在国内有近十家公司制 造或代理这种产品,从最初的只有液体用超声波流量计发展到 现在也有了气体超声波流量计。随着电子技术的飞速发展,该 产品的性能和应用范围也有了很大提高,其主要优点是:

不干扰流场、无压力损失、无可动易损部件,这点和电 磁流量计相同。

既可以测量导电流体、也可以测量非导电流体,可以一 表多用(夹装式)使用在多条管道上,可以作为现场检定的次 级标准仪表。

超声波流量计的传感器(换能器)可以插入管道内壁, 做成“直射式”能获得较高的测量精确度(液体、四声道、精确 ±0.5%),也可以把换能器夹装在测量管外壁,实现非接触测 ,解决高压流体、有毒流体、腐蚀流体的流量测量问题。

但是它也有一些缺点,例如:转换器的输出信号易受电磁 波干扰、零点不稳定、操作比较麻烦,安装一台新表往往需要 专业人员在现场进行调试,对换能器的安装要求较高,使用中 要注意清理其上的粘附物。考虑到该产品的价格和安装调试 的技术要求,该产品推荐使用在大中口径较重要的流量检测 点,被测的流程管道要形状规则,壁厚均匀,无锈斑、无沉淀、 积液等(尽可能选“带管段”的形式)。

5.电磁流量计和超声波流量计之间的选择建议

在电磁流量计和超声波流量计之间选择时应主要从以下 几个方面考虑:

根据被测流体性质,如果流体不导电,则只能选择超声 波流量计。

流量计周围的测量环境,因为超声波流量计易受电磁 波干扰,如果在流量计的周围有发射电磁波的物体,那么就不 适宜安装超声波流量计。

根据测量性质来分,如果在测量时对瞬时流量要求严 格,更适合安装电磁流量计。

超声波流量计更推荐使用在大中口径较重要的流量检 测点,被测的流程管道要形状规则,壁厚均匀,无锈斑、无沉淀、 积液等尽可能选“带管段”的形式,否则雷诺数无法修正的 那么精确。

超声波流量计可以实现非接触测量。

通常要正确选用流量计,应从以下五个方面考虑:

性能要求:准确度、重复性、范围度、响应时间。

流体特性:温度、压力、密度、粘度、腐蚀和结垢、压缩系数。 安装要求:垂直、水平、直管段、管道振动、阀门位置.

环境方面:温度、湿度、安全性、电器干扰。

经济方面:安装费、运行费、检修、维护。

五个因素的相互关系:

6.结论

流量仪表是一种涉及多门学科的工业自动化仪表,产品 质量与计算设计技巧、制造工艺能力、电子器件产品质量、出 厂标定设备水平等密切相关,同时又与使用现场环境条件、流 体参数、管道安装条件等密切相关。正确和有效地选择测量 方法和仪表,必须熟悉仪表和使用流体特性这两个方面,同时 还要考虑经济因素。归纳起来应从性能要求、流体特性、安装 要求、环境条件和费用这五方面因素考虑,综合这些因素提出 最优方案后正确使用,才能使流量仪表充分发挥它的作用。