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guan45°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°彎(wan)頭(tou)，它(ta)是(shi)彎(wan)管(guan)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)核(he)心(xin)部(bu)件(jian)。每(mei)個(ge)流(liu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)因(yin)幾(ji)何(he)尺(chi)寸(cun)不(bu)同(tong)，流(liu)量(liang)係(xi)數(shu)也(ye)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)。采(cai)用(yong)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)的(de)彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)

，彎(wan)管(guan)內(nei)壁(bi)應(ying)盡(jin)量(liang)保(bao)持(chi)光(guang)滑(hua)



，各(ge)項(xiang)幾(ji)何(he)結(jie)構(gou)尺(chi)寸(cun)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)
，流(liu)量(liang)計(ji)的(de)準(zhun)確(que)度(du)等(deng)級(ji)也(ye)達(da)到(dao)1.0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

xunhuanshuishuizhijiaocha，duiliuliangceliangzhuangzhidewuranjiaoda。kongbanliuliangjidejieliujianhuowojieliuliangjidecharujianjiyibeixunhuanshuidianwuhuodusai
，youqishikongbanjieliukoudezhijiaobufen

，jishishiqingweidedianwuyehuiduiceliangjingduzaochengjidadeyingxiang。wanguanchuanganqiduiyuleisixunhuanshuizheyangdejiezhi（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2m以(yi)上(shang)。直(zhi)管(guan)段(duan)要(yao)求(qiu)不(bu)嚴(yan)格(ge)也(ye)是(shi)彎(wan)管(guan)流(liu)量(liang)計(ji)在(zai)現(xian)場(chang)使(shi)用(yong)中(zhong)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)特(te)點(dian)之(zhi)一(yi)，許(xu)多(duo)流(liu)量(liang)測(ce)量(liang)裝(zhuang)置(zhi)都(dou)因(yin)為(wei)現(xian)場(chang)直(zhi)管(guan)段(duan)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)而(er)不(bu)能(neng)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)或(huo)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)其(qi)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)。彎(wan)管(guan)流(liu)量(liang)計(ji)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)時(shi)隻(zhi)需(xu)保(bao)證(zheng)前(qian)5D、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

wanguanliuliangjiyongyuzhengqiliuliangdeceliang，shizhengqiliuliangceliangzhuangzhirongyixieloudenantidedaogenbenxingdejiejue，wuzulisunshideyoudian，kehuodegenghaodejingjixiaoyi，naimosun、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(chan)S100、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。

如ru果guo考kao慮lv差cha壓ya變bian送song器qi維wei護hu的de方fang便bian等deng原yuan因yin，要yao求qiu差cha壓ya變bian送song器qi必bi須xu裝zhuang在zai管guan道dao下xia方fang

，可ke采cai用yong取qu壓ya體ti及ji導dao壓ya管guan先xian向xiang上shang
，再zai向xiang下xia，避bi免mian大da量liang的de水shui流liu入ru導dao壓ya係xi統tong
，並bing在zai導dao壓ya係xi統tong的de最zui低di點dian加jia裝zhuang集ji液ye罐guan，使shi得de導dao壓ya係xi統tong凝ning結jie的de水shui流liu入ru集ji液ye罐guan中zhong

，定ding期qi排pai水shui
，可ke以yi保bao證zheng正zheng常chang計ji量liang。

(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。