管流量計的工作原理

原理

流體在管道中流動，在流經彎管時
，流體類似於流過一個整流器，由於彎曲管壁的導流作用，在進入彎管前2D左(zuo)右(you)流(liu)體(ti)內(nei)側(ce)被(bei)加(jia)速(su)，而(er)流(liu)體(ti)外(wai)側(ce)被(bei)減(jian)速(su)，直(zhi)至(zhi)進(jin)入(ru)彎(wan)管(guan)流(liu)體(ti)的(de)流(liu)速(su)形(xing)式(shi)被(bei)整(zheng)流(liu)成(cheng)近(jin)似(si)於(yu)自(zi)由(you)旋(xuan)流(liu)理(li)論(lun)描(miao)述(shu)的(de)梯(ti)形(xing)速(su)度(du)流(liu)動(dong)模(mo)式(shi)，且(qie)在(zai)彎(wan)管(guan)45°截麵處達到最大，這個過程將持續在整個彎管中。在彎管出口處及下遊2D範圍內，流速模型的變化過程是進口變化的反過程。彎管在45°截麵各質點流速分布如圖1所示。

 
圖1：彎管在45°截麵各質點流速分布

根據質量守恒定律、能量守恒定律和動量守恒定律
，在相同過流截麵，各流質點的能量不變，由於各質點流速的變化，就形成了彎管的內外側壓差△P45°截麵時達到最大，最穩定。且45°彎管斷麵的流體平均速度vDP 因此當彎管傳感器的幾何結構尺寸確定之後，隻要測取彎管45°截麵的內、外側壓差DP和流體的密度r就可以確定流體的平均流速v。符合平方比例關係
，流量愈大

，差壓愈大。流體流過彎管時的流量係數與彎管的幾何結構尺寸（彎曲半徑R和內徑D）有密切關係，即流量係數a＝f（R
，D）與壓差。

數學表達式

 

式中，a(R．D—流量係數；)

 
圖2：彎管流量傳感係統的組成

 
圖3：彎管流量計數學模型的框架圖

 
圖4：彎管流量傳感器

測量係統的組成

彎管流量計的基本組成包括彎管傳感器和主機，還需要配置差壓變送器
、壓力變送器和溫度變送器，係統組成如圖2所示。

差壓變送器用來檢測彎管傳感器產生的差壓值

，因此它是彎管流量計測量係統必不可少的配件。

xitongshifoupeizhiyalihewendubiansongqi，yaogenjujuticeliangduixianglaijueding
，duiyuceliangzhengqihuoqitaqitijiezhidexitong，yuanzeshangbixupeizhiwenduheyalibiansongqi，yinweizaiceliangwanguanchuanganqichayadetongshi
，bixuceliangjiezhidewendu、壓力值

，以便能對蒸汽或氣體進行必要的實時溫
、壓補償。見圖3。

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測量係統特點

傳感器結構簡單

彎管傳感器利用管道係統彎頭作檢測元件，無附加壓損及專門安裝節流元件是其優點，彎管取壓口開在45o處


，取壓口結構與標準孔板相同

，兩個平麵內的兩個取壓口對準，使其能處於同一條直線上，如圖4。

彎管傳感器是機加工而成的幾何精度很高的90°wantou，tashiwanguanliuliangjidehexinbujian。meigeliuliangchuanganqiyinjihechicunbutong，liuliangxishuyegebuxiangtong。caiyongshukongjichuangjiagongdewanguanchuanganqi，wanguanneibiyingjinliangbaochiguanghua，gexiangjihejiegouchicunkeyibaozheng
，liuliangjidezhunquedudengjiyedadao1.0級
，

免維護的流量傳感器

彎管流量計在工作中不會磨損；在高速流體衝擊下不會變形、扭曲、震動；對於環境中可能出現的震動、粉塵、潮濕、電磁場幹擾不敏感；經過長周期運行，其穩定性、靈敏度、準確性不會發生明顯變化；能在最大程度上防止傳感器被粘汙
、結疤
、堵塞等等。保證了流量計長期高精度測量的工作狀態。
彎管傳感器因耐磨損、免維護、長周期高精度運行的特點
，可滿足直接焊接安裝的技術條件，焊接法安裝解決了流量測量裝置現場跑、冒、滴、漏等令人頭痛的問題。

無任何附加節流件或插入件
，無附加壓力損失，節約能源

對孔扳流量計來說

，流體在孔板上的壓力損失是不可恢複的
，其損失可達孔板在該流量下產生的差壓值的60%~80%，為了提高其測量精度，設計人員在選定孔板流量計的工作差壓值時一般都取高值，使該壓力損失成為不可忽視的數值。

彎管流量計則不存在管道附加阻力損失的問題
，孔板的節流損耗可簡單地看作是彎管流量計的節能效果
，這對於那些大係統、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。

可測量容易髒汙、易堵塞傳感器的流體

循(xun)環(huan)水(shui)水(shui)質(zhi)較(jiao)差(cha)，對(dui)流(liu)量(liang)測(ce)量(liang)裝(zhuang)置(zhi)的(de)汙(wu)染(ran)較(jiao)大(da)。孔(kong)板(ban)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)節(jie)流(liu)件(jian)或(huo)渦(wo)街(jie)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)插(cha)入(ru)件(jian)極(ji)易(yi)被(bei)循(xun)環(huan)水(shui)玷(dian)汙(wu)或(huo)堵(du)塞(sai)
，尤(you)其(qi)是(shi)孔(kong)板(ban)節(jie)流(liu)口(kou)的(de)直(zhi)角(jiao)部(bu)分(fen)，即(ji)使(shi)是(shi)輕(qing)微(wei)的(de)玷(dian)汙(wu)也(ye)會(hui)對(dui)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)造(zao)成(cheng)極(ji)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)於(yu)類(lei)似(si)循(xun)環(huan)水(shui)這(zhe)樣(yang)的(de)介(jie)質(zhi)（如裂解產生的高溫裂解氣等）其適應性是不用懷疑的，即使是長期的運行也能保證彎管流量計的正常工作
，保證其足夠的測量精度。

適應性強，量程範圍寬、直管段要求不嚴格

隻要是能用孔板、渦街
，均速管等流量計進行測量的流體都可用彎管流量計來進行流量測量，且在耐高溫、耐高壓、耐衝擊、耐震動、耐潮濕
、耐粉塵等方麵，彎管流量計遠遠優於這些常用的流量計。

高溫
、高壓
、衝擊、震動使渦街流量計適用範圍十分有限，這與它的測量原理有關。震動、衝擊對彎管傳感器的正常工作幾乎沒有影響
，而高溫、高壓對於彎管傳感器來說隻要采用與工藝管道相同材質的標準彎頭

，就可以得到解決。

量程範圍寬，一方麵是指彎管流量計對於其測量介質的流速適用範圍寬。如蒸汽或其它氣體介質
，流速範圍為5m/s～70m/s

，液體介質流速範圍為0.3m/s～5m/s。有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質量微差壓變送器的應用使彎管流量計能夠適應低流速、小信號測量的要求。總之，彎管流量計的量程範圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。

量程範圍寬的另一方麵是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限製，管徑可從十幾毫米到1m甚至2myishang。zhiguanduanyaoqiubuyangeyeshiwanguanliuliangjizaixianchangshiyongzhongshifenzhongyaodetedianzhiyi，xuduoliuliangceliangzhuangzhidouyinweixianchangzhiguanduanbunengmanzuyaoqiuerbunengjinxingcelianghuobunengbaozhengqiceliangjingdu。wanguanliuliangjizaishijiyingyongshizhixubaozhengqian5D

、後2D，遠遠低於其它流量測量裝置的要求。

測量精度高

實驗證明，彎管流量計的測量準確度可達到1.0%。

測量數據可直接接入DCS係統

測量數據可引入DCS，它可實現溫壓補償等運算功能，可實現瞬時量
、累計量、報表、打印等功能

可以實現雙向計量

彎管流量計的應用

蒸汽計量

彎wan管guan流liu量liang計ji用yong於yu蒸zheng汽qi流liu量liang的de測ce量liang
，使shi蒸zheng汽qi流liu量liang測ce量liang裝zhuang置zhi容rong易yi泄xie漏lou的de難nan題ti得de到dao根gen本ben性xing的de解jie決jue，無wu阻zu力li損sun失shi的de優you點dian，可ke獲huo得de更geng好hao的de經jing濟ji效xiao益yi，耐nai磨mo損sun、長周期運行不需要進行複雜維護和修理，使運行維修費用降到最低點。

我廠原蒸汽計量采用標準孔板法蘭取壓方式，由於S100（10MPa）蒸汽壓力高，管徑12in.，每mei套tao孔kong板ban有you兩liang個ge密mi封feng墊dian片pian
，每mei次ci在zai送song與yu停ting切qie換huan過guo程cheng中zhong，受shou熱re脹zhang冷leng縮suo作zuo用yong，導dao致zhi孔kong板ban泄xie漏lou，最zui終zhong無wu法fa使shi用yong。使shi用yong彎wan管guan流liu量liang計ji，采cai用yong焊han接jie安an裝zhuang,徹底解決了以上弊病，保證了S100計量表的長周期運行。

利li用yong彎wan管guan流liu量liang計ji可ke測ce雙shuang向xiang流liu原yuan理li，在zai一yi條tiao管guan道dao上shang安an裝zhuang一yi個ge流liu量liang傳chuan感gan器qi
，安an裝zhuang兩liang台tai差cha壓ya變bian送song器qi，可ke以yi實shi現xian雙shuang方fang互hu供gong蒸zheng汽qi的de計ji量liang
，兩liang台tai差cha壓ya變bian送song器qi正zheng負fu壓ya相xiang互hu反fan接jie

，采cai用yong同tong一yi溫wen壓ya補bu償chang，大da大da節jie省sheng了le開kai支zhi。如ru果guo電dian廠chang鍋guo爐lu出chu現xian問wen題ti
，由you我wo廠chang給gei外wai網wang提ti供gong蒸zheng汽qi動dong力li，反fan之zhi，由you電dian廠chang給gei我wo廠chang提ti供gong蒸zheng汽qi動dong力li
，保bao證zheng了le化hua工gong一yi廠chang輔fu助zhu鍋guo爐lu產chanS100、S40、S10
、S8蒸汽平衡，同時也確保了雙方互供蒸汽的計量準確度。

溫壓補償

為了保證蒸汽介質流量測量的準確性

，必須在測量介質流量的同時，測量出介質的溫度和壓力值
，利用DCS的運算補償功能

，在線對介質的密度進行計算和補償。溫壓補償公式如下：

 

式中
，FiFoPkPa）；PbkPa）
；T(℃)；Tb(℃)。—參比溫度—測量溫度—參比壓力（—測量壓力（—補償後流量；—測量流量；

我廠采用日本橫河的CS3000 DCS控製係統

，它具備在線溫壓補償運算的功能，能對我廠蒸汽測量中密度的變化進行必要的在線補償和修正。如圖5，在溫壓補償功能塊TPCFL的詳細組態中，需要填寫是溫度補償還是壓力補償，可同時補償，也可單獨補償。

 
圖5：溫壓補償功能塊組態圖

使用中幾點注意事項

彎管流量計是一種差壓式流量計，針對常用流體，其產生的差壓值介於100Pa~60kPa之間

，比孔板流量計產生的差壓值要小，一些安裝中的不正確，均會給測量帶來較大的誤差，

（1）在含水量較高的氣體測量中，避免水進入導壓係統
，造成係統無法測量。

在壓縮空氣、燃料氣

、liejieqidenghenduoqitiliutizhongjunhanyoudaliangdeshuifen，jibenshichuyubaohezhuangtai，youdezaiguandaodexiafangxingchengshuiceng

，caiyongchangguianzhuangfangshi，shuihuiliuruwanguanchuanganqineicequyakou

，jinrudaoyaxitong，waiceyehuiyoushaoliangdeningjieshuijinru，zhengfuyadaoguanzhongjinshuiliangbudeng，geichayadeceliangdailaibukequedingdefujiawucha，yingshiwanguanchuanganqideliangcequyatijunxiangshangqingxie，bingxiangshangyindaoyaguan，lianjiechayabiansongqi，jibimianleguandaozhongdeshuijinrudaoyaxitong
，youkeyishidaoyaxitongzhongningjiedeshuishunliliuhuiguandaozhong，buhuiyingxiangjiliang。

ruguokaolvchayabiansongqiweihudefangbiandengyuanyin，yaoqiuchayabiansongqibixuzhuangzaiguandaoxiafang，kecaiyongquyatijidaoyaguanxianxiangshang，zaixiangxia，bimiandaliangdeshuiliurudaoyaxitong，bingzaidaoyaxitongdezuididianjiazhuangjiyeguan，shidedaoyaxitongningjiedeshuiliurujiyeguanzhong
，dingqipaishui，keyibaozhengzhengchangjiliang。

(2) 蒸汽流量測量中
，導壓係統用於導壓的介質為水，常溫水的密度為998kg/m3(20℃時)
，1mm水柱產生的壓力約為9.8 Pa，如采用傳統的冷凝罐作為液位平衡器，管道中溫度壓力的突變會打破冷凝罐中的平衡狀態，造成液位波動，對於孔板流量計（產生的壓力差約為10~100kPa）影響很小，但對於彎管流量計在小流量測量中則可能產生較大的影響。

彎管流量計選用盤式冷凝器作為液位平衡器，安裝時隻要保證盤麵水平，汽、液(ye)分(fen)界(jie)麵(mian)在(zai)同(tong)一(yi)水(shui)平(ping)麵(mian)前(qian)後(hou)移(yi)動(dong)，液(ye)位(wei)高(gao)度(du)始(shi)終(zhong)處(chu)於(yu)同(tong)一(yi)水(shui)平(ping)麵(mian)，起(qi)到(dao)了(le)良(liang)好(hao)的(de)液(ye)位(wei)平(ping)衡(heng)作(zuo)用(yong)，儀(yi)表(biao)投(tou)用(yong)後(hou)，遇(yu)到(dao)蒸(zheng)汽(qi)停(ting)止(zhi)輸(shu)送(song)時(shi)，對(dui)差(cha)壓(ya)變(bian)送(song)器(qi)進(jin)行(xing)零(ling)點(dian)遷(qian)移(yi)，可(ke)解(jie)決(jue)液(ye)位(wei)不(bu)平(ping)衡(heng)造(zao)成(cheng)的(de)零(ling)點(dian)誤(wu)差(cha)。

(3) 任何流量計均存在著小流量問題。彎管流量計雖然相對其它流量計性能良好，但依然存在著一個下限指標（流速≥5m/s），所以在選擇彎管傳感器口徑時，一定保證最低流速大於5m/s，即使實際流量偏高，彎管流量計在高達120m/s流速情況下，依然保證測量精度（調整差壓變送器量程即可實現）。

結論

綜zong上shang所suo述shu
，彎wan管guan傳chuan感gan器qi中zhong沒mei有you插cha入ru件jian或huo者zhe節jie流liu件jian等deng流liu量liang轉zhuan換huan環huan節jie和he元yuan件jian
，隻zhi是shi將jiang作zuo為wei彎wan管guan傳chuan感gan器qi的de標biao準zhun彎wan頭tou代dai替ti原yuan來lai安an裝zhuang在zai管guan道dao上shang的de彎wan頭tou進jin行xing流liu量liang測ce量liang，因yin此ci彎wan管guan流liu量liang計ji是shi名ming副fu其qi實shi無wu附fu加jia壓ya力li損sun失shi的de節jie能neng型xing流liu量liang測ce量liang裝zhuang置zhi。長chang期qi高gao低di溫wen工gong作zuo條tiao件jian下xia不bu會hui老lao化hua、變質而降低穩定性和靈敏度
；對於環境中可能出現的震動、粉塵
、潮濕
、電磁幹擾不敏感
；長期運行穩定性
、靈敏度
、準確性不發生變化。