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4.2 容积式流量计

容积式流量计是将流体分成若干体积单元,通过累计这些体积单元的数量进行测量。流量计的测量部件旋转一周或进行一次循环,完成一次测量,测量的体积量是测量的理论流体体积加上漏失量。

4.2.1 工作原理和结构

流体通过流量计时会在流量计入口、出口之间产生一定的压力差。流量计的运动部件在该压力差作用下将产生运动,并将流体由入口排向出口。在该过程中,流体多次反复充满流量计的容室。在给定条件下,该容室的容积是确定的,只要测得运动部件的运动次数,便可得到通过流量计的流体体积流量。容积式流量计的分类如表1-4-2所示。

表1-4-2 容积式流量计的分类

容积式流量计主要由传感器和指示机构构成。流量计的指示机构分直读式和远传式两种。流量计附设具有一种或数种特殊功能的辅助机构,如修正(含补偿)机构、回零机构等。

4.2.2 容积式流量计的特性

容积式流量计属于测量精度较高的仪表之一,被广泛应用于需要高精度计量的各种场合。目前市场上销售的液体容积式流量计产品,精度等级多为0.2级和0.5级,量程比为10: 1或更高;不同制造厂生产的气体容积式流量计产品,精度等级存在较大差异,国内产品精度等级多为1.0~2.5级,国外产品精度等级多为0.5~1.5级,高精度产品可以达到0.2级,量程比为10: 1或更高。各种容积式流量计的适用范围如表1-4-3所示。

表1-4-3 容积式流量计的适用范围

注:“√”表示适用;“×”表示不适用;空格表示不确定。

影响流量计系数的因素:液体黏度;液体的清洁度和润滑性;流量、流体温度和测量腔内的压力;由于磨损等原因使测量元件的间隙发生变化,从而影响漏失量;通过流量计的压力损失;驱动计数器、打印单元及所有附属设备需要的转矩。

对流量计影响较大的因素是介质的温度、压力、黏度和润滑性。如果检定和工作时有关参数存在差别,则检定和使用状态之间的流量系数值会发生变化。

黏度变化的影响。黏度变化会导致漏失量变化,因此容积式流量计的系数受流体黏度影响较大。当被测液体改变,或者被测液体不变而温度发生变化时,黏度均可能改变。因此应绘制出流量计系数随黏度变化的曲线。

温度变化的影响。流体温度变化除对液体黏度产生影响以外,还因测量元件受热胀改变测量腔室的体积和机械间隙尺寸,因此对流量计性能也有较大影响,这种影响将反映到流量计系数值,过高的温度还会使部分液体汽化形成两相流,使测量很不准确。

压力变化的影响。只有工作压力的变化高到足以使制造材料发生弹性变形影响测量腔体的几何尺寸时,流量系数才会受影响。

流量变化的影响。在流量计的流量范围下限,流量计系数曲线的线性度比其在流量范围中部或上部的线性差。

容积式流量计的特点如下。

①计量精确度高,基本误差一般为±0.5%R,特殊的可达到±0.2%R或更高,常在需要精确计量的场合使用。

②没有前直管段要求,在旋转流和管道阻流件流速场畸变时,对计量精确度没有影响。

③可用于高黏度流体测量。

④范围度宽,一般为10: 1,特殊的可达30: 1或更大。

⑤结构复杂,体积大,笨重,较大口径的容积式流量计体积尤为庞大,故一般只适用于中小口径。

⑥由于高温下零件热膨胀、变形,低温下材质变脆等问题,容积式流量计一般不适用于高低温场合。目前可使用温度范围大致在-30~160℃,压力最高为10MPa。

⑦大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。含有颗粒、脏污物时上游需装过滤器,既增加压损,又增加维护工作。如测量含有气体的液体,必须装设气体分离器。

⑧容积式流量计安全性差。一旦活动的检测元件卡死,流体就无法通过,不允许断流的管路系统不能应用。

⑨部分容积式流量计(椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式、往复活塞式)测量过程中会造成脉动,较大口径时还会产生噪声,甚至使管道振动。

4.2.3 容积式流量计的选用

选用容积式流量计及辅助设备时应考虑如下事项。

1 容积式流量计及其检定设备的安装空间。流量计连接形式和压力等级,附属设备的尺寸。

2 被测液体的性质,包括黏度、密度、饱和蒸汽压、腐蚀性和润滑性等,将影响流量计的性能及其结构材料的选择。测量非润滑性液体时会增加流量计的磨损。

3 液体中可能会夹带一定数量的杂质以及一定数量的水或蒸气。考虑流量的流通能力和压力损失,这些物质会影响过滤器、滤网和气液分离设备的尺寸。

4 最大和最小流量,连续流或间断流。在最大流量下,流量计的压力范围和通过流量计的压力损失。

5 流量计运行的温度范围,应考虑是否需要将容积修正为标准参考温度下以及伴热。

6 维修方法及费用、需要的备件。检定的方式、方法和周期。

7 流量计的流量范围和要求的准确度等级。

8 利用流量计容差调整器,可对流量计系数进行修正,容差调整器应方便、可靠并方便铅封。

9 显示或记录的方式、需要的显示或记录仪器、要求输出的标准体积单位,如果流量计带有显示质量流量的积算仪,要求给出质量流量的单位。

10 是否需要其他附属设备,如数量预置设备、脉冲发信器、润滑油注入装置、自动温度补偿器、适配器等。

11 如果安装自动温度补偿器,选择的补偿器应与测量液体的温度范围相符合,并满足要求的测量准确度等级。

12 流量计的计量能力取决于其流量范围和允许的压力损失,不取决于流量计进、出口的连接尺寸。

4.2.4 容积式流量计的安装

容积式流量计的安装必须横平竖直,转子型尽量使其转子轴与地面平行,应考虑便于装卸过滤网清洗。容积式流量计的安装,遵循制造厂家的安装说明。容积式流量计安装时应注意如下事项。

1 防止空气或蒸气通过流量计,如果需要,应在流量计上游并尽可能靠近流量计处安装消气器,排气管道应连接到适当的安全位置或容器。计量系统的设计应防止空气或蒸气进入系统,通过合理设计避免液体中逸出蒸气。计量系统和计量标准器之间的管线中应避免聚集气体,并提供足够多的放空接头。

2 设计单向流动的流量计,应采取措施防止逆流。

3 按厂家建议的方式安装流量计,不应使流量计承受过分的应力和振动。

4 建议采用并联方式安装流量计组,特别是在连续计量或流量过大不能用一台流量计测量的场所。应防止流量计组中的每台流量计超出其流量范围,应提供措施平衡各个流量计之间的流量。

5 流量计停用时,由于液体的热膨胀可能引起计量管线超压,应提供释放计量管线超压的措施。

6 测量和检定期间,对于计量系统中可能影响测量准确度的阀门,应能迅速而平稳地开启与关闭。

7 应有足够的保护措施,防止流量计压力脉动和过大的波动,以及液体热膨胀引起的超压。根据需要可安装缓冲罐、膨胀器、限压阀或其他保护设备。

8 应在流量计进口或出口处安装温度计或温度测量仪表的测量孔,其插入方向和深度应符合相关规定。使用温度补偿器时,需有检验温度补偿器运行状态方法。

9 测定流量计压力时,应在靠近流量计的出口处安装合适准确度和量程的压力表。

10 为防止流量超过流量计的最大流量,流量计的下游可安装限流阀或节流孔板。

11 新安装的系统投入使用前,应该用短管替换流量计运行,或者用流量计旁通管路运行,直到确认流体中的杂质已用过滤器彻底清除。另外,安装流量计前,尽可能在最大设计流量下进行管线的最初清洗。

12 流量计的准确度受计数器需要的转动力矩和被流量计驱动的辅助设备的影响较大,因此对扩大计量系统中流量计的计数器和读出设备的可能性应予特殊的考虑。

13 伴热系统的设计,液体温度不应超过流量计和自动温度控制的额定数值,即使在初始启动期间和管线闲置一段时间以后也应如此。

4.2.5 容积式流量计的使用与维护

当流量低于流量计的最小允许流量时,流量计应停止使用,因为低于最小允许流量时,传动机构造成的影响大。

容积式流量计应防止流体逆向通过流量计,按双向设计流量计的除外。可双向使用的流量计在两个流动方向上应有流量计系数,流量计两端应安装保护设备。

对于准确度等级为0.2级和0.5级的气体容积式流量计,检定周期为2年,其余等级的检定周期为3年。对于准确度等级不低于0.5级的液体容积式流量计,检定周期为半年,其余等级的检定周期为1年。 zrE7dv5VorHHo+2ssvvKYyNWTPdgqz3N/NgZUw6GPFsctwersurMcu1upWYgKe1s

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