氮气专用流量计

氮气专用流量计

江苏奥科仪表有限公司

T：0517-86919886/13915190011 柏广明

主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃～ 250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量仪表。应力式涡街流量计是一种采用压电晶体作为检测元件，输出与流量成正比的标准信号的流量仪表。该仪表可以直接与智能流量积算仪配套使用，也可以与计算机及集散系统配套使用，对不同介质的流量参数进行测量。该仪表根据流体涡街的检测原理，其检测涡街的压电晶体不与介质接触，仪表具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点.

根据涡街流量计的结构特点，分类为一体式氮气流量计和分体式氮气流量计两种。

一体式流量计是集流量传感器、温度传感器、压力传感器和显示仪于一体的流量计，具有智能温度、压力补偿功能，自带3.6V高能电池或24VDC（通常在需要脉冲信号输出、二线制4～20mADC输出或RS485通讯时采用）供电，就地液晶显示介质温度（℃）、工作压力（MPa）、瞬时标况体积流量（Nm3/h）和累计标况体积流量（Nm3）。

分体式流量计由流量传感器、温度传感器、压力传感器和智能流量显示积算仪四部分组成，具有智能温度、压力补偿功能，由智能流量显示积算仪远程显示介质温度（℃）、工作压力（MPa）、瞬时标况体积流量（Nm3/h）和累计标况体积流量（Nm3）。

当只要求测量工况体积流量时（我们将其定义为简配型，通常适用于介质温度和工作压力基本恒定的场合），无论是一体式还是分体式，均不具有智能温度、压力补偿功能，也无温度传感器和压力传感器的配置，此时只显示瞬时工况体积流量（m3/h）和累计工况体积流量（m3）。

AK-LUGB系列智能涡街流量计（（氮气流量计）,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。本仪表采用压电应力式传感器,可靠性高,有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量仪表。

测量原理： 

                   
在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如右图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式：　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　　      U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
　　　　      Sr--斯特劳哈尔数；
　　　　      m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
管道内体积流量qv为

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　

式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。
　　K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为

     图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；

　　 Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa；
　　 Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；
　　 Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

产品优势：
▲不受温度、压力的影响，同时不易堵，不易卡，不易结垢，耐高温、高压。
▲安全防爆，适用于恶劣环境。
▲无可动部件、无空洞缝隙设计，产品无磨损、耐脏污，无需机械维修，使用寿命长。
▲采用微功耗高新技术，电池供电的现场显示型流量计，可不断电运行两年以上。
▲稳压补偿一体化设计。
▲电流输出均为电隔离型，具有良好的共模干扰抑制能力。
▲同时显示流量值与累计流量值，不必轮流切换。
▲采用抗振探头，有效消除外界振动影响。
▲电路采用表面贴装工艺，结构紧凑，可靠性高。
▲采用分体式信号转换器，电缆zui长10米。
▲量程比宽达20:1。
▲整体结构设计合理，动态测量范围宽，压力损失小。
▲分体式涡街流量计采用不锈钢材质，可适用于腐蚀性介质的测量。
▲现场液晶显示，脉冲、4-20mA输出或485通讯，可与工业自动化系统连接。

氮气流量计便是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力，无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量，配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量，是节流式流量计的理想替代产品。
原理
在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如右图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。
设旋涡的发生频率为f，智能流量积算仪被测介质平均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式：

f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　                 

式中　　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
Sr--斯特劳哈尔数；
m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
管道内体积流量qv为
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　
式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。
K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，无纸记录仪还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为
（4）

图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；
Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa；
Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；
Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，智能隔离器流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。
为提高氮气流量计的耐高温及抗振动性能，我公司新近开发出了改进型涡街流量传感器，因其独特的结构和选材使该传感器可在高温（350℃）、强振动（≤1g）的恶劣工况下使用。
在实际应用中，往往zui大流量远低于仪表的上限值，随着负荷的变化，zui小流量又往往会低于仪表的下限值，仪表并非工作在它的zui佳工作段，为了解决这一问题，通常采用在测量处缩径提高测量处的流速，并选用较小口径的仪表以利于仪表的测量，但是这种变径方式必须在变径管与仪表间有长度为15D以上的直管段进行整流，使加工、安装都不方便。我公司研制的纵断面形状为圆弧的LGZ变径整流器，具有整流、提高流速及改变流速分布多重作用，其结构尺寸小，仅为工艺管内径的1/3，与涡街流量计作成一体，不仅不需要另外附加一段直管段，还可以降低对工艺管直管段的要求，安装非常方便。
为了使用方便，电池供电的本地显示型涡街流量计采用微功耗高新技术，采用锂电池供电可不间断运行一年以上，智能隔离器节省了电缆和显示仪表的采购安装费用，可就地显示瞬时流量、累积流量等。温度补偿一体型涡街流量计还带有温度传感器，可以直接测量出饱和蒸汽的温度并计算出压力，从而显示饱和蒸汽的质量流量。温压补偿一体型带有温度、压力传感器，用于气体流量测量可直接测量出气体介质的温度和压力，从而显示气体的标况体积流量。
◆测量介质：气体、液体、蒸气
◆口径规格法兰卡装式口径选择25,32,50,80,100
◆法兰连接式口径选择100,150,200
◆流量测量范围正常测量流速范围?雷诺数1.5×104～4×106；气体5～50m/s;液体0.5～7m/s
正常测量流量范围液体、气体流量测量范围见表2；蒸气流量范围见表3
◆测量精度1.0级， 1.5级
◆被测介质温度:常温–25℃～100℃
◆高温–25℃～150℃ -25℃～250℃
◆输出信号脉冲电压输出信号高电平8～10V 低电平0.7～1.3V
◆脉冲占空比约50%,传输距离为100m
◆脉冲电流远传信号4～20 mA,传输距离为1000m
◆仪表使用环境温度:-25℃～ 55℃ 湿度:5～90% RH50℃
◆材质不锈钢, 铝合金
◆电源DC24V或锂电池3.6V
◆防爆等级本安型iaIIbT3-T6
防护等级IP65
产品选型

产品尺寸选型：

流量计的zui大优点是抗振性能特别好，无零点漂移，可靠性高。

通过长时间对涡街流量计进行的大量波形分析和频谱分析，中控设计出了zui佳的探头形状、壁厚，高度、探头杆直径及与之相配套的压电晶体，采用先进的数控车床进行加工，确保加工的同轴度和光洁度等技术参数，配合特殊的工艺处理，从而zui大限度的克服涡街流量计存在的固有自振荡频率对信号的影响这个通病。这是中控公司在制作涡街流量计方面的技术独特优势，使得中控公司出厂的涡街流量计具有量好的抗振动能力。
②FFM63系列智能涡街流量计的传感器的通用性很强，从而使传感器具有良好的互换性采用先进数控设备加工传感器的表体和旋涡发生体等，确保加工精度，从而使零部件（特别是旋涡发生体）的通用性强，从而真正做到不会因零部件的更换而影响传感器的重复性和精度；能产生强大而稳定的涡街信号。
③结构简单牢固，无可动部件，可靠性高，使用维护方便。
④检测元件不与介质接触，性能稳定，使用寿命长
传感器采用检测探头与旋涡发生体分开安装，安全栅而且耐高温的压电晶体密封在检测探头内，不与被测介质接触，所以FFM63系列涡街流量计具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点。
⑤输出与流量成正比的脉冲信号或模拟信号，无零点漂移，精度高，方便与计算机联网
⑥测量范围宽，量程比可达1：10
⑦涡街流量计测量体积流量时不需补偿，涡街输出的信号实际上是与流速成线性关系的，也就是与体积流量成正比。压力和温度补偿的目的是为了得到流体的密度，乘以体积流量就得到质量流量，双金属温度计若测量气体的体积流量就不需要补偿了。
⑧压力损失小。
用口径DN50的涡街流量计测量可燃气体的流量，若管道内的zui大流量Qmax ＝200m3/h时，传感器的压力损失是：△P ＝1.08×10-6 ρv2（kPa）= 0.605 KPa
⑨在一定的雷诺数范围内，流量特性不受流体压力、温度、黏度、密度、成分的影响，仅是与旋涡发生体的形状和尺寸有关。
⑩应用范围广，蒸汽、气体、液体流量均可测量。
涡街流量计的技术参数
●测量流体：饱和蒸汽、过热蒸汽、气体、液体（避免多相流）
●测量准确度及重复性：

●测量范围

●额定压力：1.6MPa、2.5MPa、6.3MPa
●流体温度：-40℃～250℃（普通型），100℃～350℃（普通型）
●结构类型：一体型涡街流量计
●结构材质

工作电源

 ●输出信号：脉冲输出、4～20mA 电流输出，RS485通讯等三种输出可供选择
●电气接口：M20*1.5
●防护等级：IP65
●表体处理：传感器表体采用不锈钢喷砂，放大器外壳采用喷塑。
●环境温度：-35℃～60℃（无LCD）、-5℃～60℃（带LCD）
●相对湿度：5%～95℃

流量计有许多种结构形式，安装、维修人员需要了解所装仪表的具体结构、特点以及流量信号的转换，了解信号传输过程中的各个环节，按产品说明书进行安装，以确保流量计的精确测量。
1、合理选择安装场所和环境
避开强电力设备，高频设备，强电源开关设备；避开高温热源和辐射源的影响，避开强烈震动场所和强腐蚀环境等，同时要考虑安装维修方便。
2、上下游必须有足够的直管段
若传感器安装点的上游有大于>15。渐缩管，则：上游直管段≥15D，下游直管段≥5D

若传感器安装点的上游有大于>15。渐扩管，则：上游直管段≥18D，下游直管段≥5D

若传感器安装点的上游有90。弯头或T形接头，则：上游直管段≥20D，下游直管段≥5D

若传感器安装点的上游在同一平面上有二个90。弯头，则：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D

若传感器安装点的上游在不同平面上有二个90。弯头，则：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D

调节阀应安装在传感器的下游5D以外处，若必须安装在传感器的上游，传感器上游直管段应不小于50D，下游应有不小于5D。

3、安装点上下游的配管应与传感器同心，同轴偏差应不小于0.5DN 

传感器安装点的上下游配管的内径应与传感器通径相同，其应满足下式的要求：
0.98DN≤D≤1.05DN
式中：DN----传感器通径；
D----配管内径。
传感器与法兰间的密封垫不能凸入管道内，其内径可比传感器通径略大。

4、管道采取减振动措施
传感器尽量避免安装在振动较强的管道上，特别是横向振动。若不得已要安装时，必须采取减振措施，在传感器的上下游2D处分别设置管道紧固装置，并加防振垫。

在水平管道上安装是流量传感器zui常用的安装方式。

测量气体流量时，若被测气体中含有少量的液体，传感器应安装在管线的较高处。

测量液体流量时，若被测液体中含有少量的气体，传感器应安装在管线的较低处。

6．传感器在垂直管道的安装
测量气体流量时，传感器可以安装在垂直管道上，流向不限。若被测气体中含有少量的液体，气体流向应由下向上。
测量液体流量时，液体流向应由下向上：这样不会将液体重量额外附加在探头上。

7、传感器在水平管道的侧装

无论测量何种流体，传感器可以在水平管道上侧装，特别是测量过热蒸汽，饱和蒸汽和低温液体，若条件允许zui好采用侧装，这样流体的温度对放大器的影响较小。

8．传感器在水平管道的倒装
一般情况下不推荐用此安装方法。此安装方法不适用于测量一般气体、过热蒸汽。可用于测量饱和蒸，适用于测量高温液体或需经常清洗管道的情况。

9．传感器在有保温层管道上的安装
测量高温蒸汽时，保温层zui多不能超过支架高度的三分之一。

10．测压点和测温点的选择
根据测量的需要，需在传感器附近测量压力和温度时，测压点应在传感器下游的3-5D处，测温点应在传感器下游的6-8D处。

涡街流量计的正确接线

一般原则：在易受电噪声干扰的场所，使用屏蔽电缆。屏蔽层应可靠的接在放大器的接地螺丝上或在控制室接工作接地。在高温或低温环境中或者是现场空气中含有油、溶剂或其他腐蚀性气体时，要采用适合于这种特殊场合的的屏蔽电缆。
频率信号输出的接线
输出频率信号的流量计与其它设备之间采用三线制传输，供电电源为24VDC±10%（或12VDC），输出回路的zui小负载电阻为10KΩ，zui大电容为0.2UF。

4-20mA信号输出的接线
输出4-20mA信号的涡街流量计与其它设备之间采用二线制传输，供电电源为24VDC±10%，输出回路的zui大负载电阻为600Ω。（包括电缆线的电阻）

涡街流量计的结构种类及安装现场：