空气流量计

空气流量计是根据法拉第电磁感应定律测量流量的流量计。空气流量计的优点是压力损失极小,可测量的流量范围大。一般空气流量计的最大流量与最小流量之比在20: 1以上,适用的工业管径较宽,可达3m。输出信号与被测流量呈线性关系,精度高。可测量电导率≥1μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体、泥浆、矿浆等流体流量。但是空气流量计不能测量气体、蒸汽和纯水的流量。

原理简介

在使用空气流量计时,气流通过流量计推动涡轮叶片旋转。叶轮的转数与通过空气流量计的气体体积成比例。流量计入口处安装了专门设计的专利导向架,随着流速的增加,加速进入流量计的气流。导向架的设计可以消除任何潜在的流体扰动,例如涡流或不对称流动。涡轮叶片的驱动力也增加。保证了流量计在允许的误差范围内,即使在小流量的情况下也能准确测量。作用在涡轮叶片上的气流是轴向的,涡轮安装在主传动轴上,传动轴上装有高强度球轴承。气体通过涡轮叶片后,涡轮叶片的旋转被齿轮组减慢。空气流量计入口通道内压力恢复,通道设计可以保证流型的优化。

应用领域

流量测量是一门研究物质量变的科学,质量互变规律是事物发展的基本规律,所以它的测量对象并不局限于传统意义上的管道液体,凡是需要量变的地方都存在流量测量的问题。流量、压力和温度并列为三大检测参数。对于某种流体,只要知道这三个参数,就可以计算出它的能量,在能量转换的测量中必须检测这三个参数。能量转换是所有生产过程和科学实验的基础,因此流量、压力和温度仪表被广泛使用。

空气流量计应用广泛,流量测量技术和仪表的应用大致在以下几个领域。

工业生产

流量计是过程自动化仪表和装置的主要类型之一。广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、纺织、食品、医药、农业、环保以及人们的日常生活中。它是发展工农业生产、节约能源、提高产品质量、提高经济效益和管理水平的重要工具,在国民经济中占有重要地位。在过程自动化仪表和装置中,流量计有两个作用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和作为测量物料数量的总仪表。

能量测量

能源分为一次能源(煤炭、原油、煤层气、液化石油气、天然气)、二次能源(电力、焦炭、人工煤气、成品油、液化石油气、蒸汽)和载能工质(压缩空气、氧气、氮气、氢气、水)。能源计量是科学管理能源、节能降耗、提高经济效益的重要手段。流量计是电能计量仪表的重要组成部分。水、人工煤气、天然气、蒸汽和石油都使用数量极其庞大的流量计,它们是能源管理和经济核算不可或缺的工具。

环境保护

烟气、废液、污水的排放严重污染大气和水资源,严重威胁人类的生存环境。国家把可持续发展作为国策,环境保护将是21世纪最大的课题。治理大气和水污染,必须加强管理,而管理的基础是污染的量化控制。

中国是一个以煤为主要能源的国家,全国各地有数百万个烟囱不断向大气中排放烟雾。烟尘排放控制是消除污染的重要工程。每个烟囱必须配备烟气分析仪和流量计,形成连续排放监测系统。烟气的流速有很大的困难,如烟囱尺寸大且形状不规则、气体成分多变、流速范围大、污垢、灰尘、腐蚀、高温、无直管段等。

运输

有五种方式:铁路、公路、航空、水运、管道运输。虽然管道运输早已存在,但其应用并不普遍。随着环境问题的突出,人们开始关注管道运输的特点。管道运输必须配备流量计,流量计是控制、分配和调度的眼睛,也是安全监控和经济核算的必备工具。

折叠生物技术

21世纪将迎来生命科学的世纪,以生物技术为特征的产业将快速发展。生物技术中需要监测和测量的物质有很多,比如血液和尿液。仪器的开发是极其困难和多样的。

科学实验

科学实验所需的流量计不仅数量众多,而且种类繁多。据统计,100多种流量计中有很大一部分是用于科研的。它们没有批量生产并在市场上销售。许多科研机构和大型企业都成立了专门小组来研制特种流量计。

折叠水系统

海洋气象学,河流和湖泊。这些区域都是明渠,一般需要检测流量再计算流量。海流计和流量计所依据的物理原理和流体力学基础是相通的,但仪器的原理、结构和使用条件有很大的不同。

原则分类

叶片式空气流量计

该空气流量计结构简单,可靠性高;但进气阻力大,反应慢,容积大。

卡门涡街空气流量计所谓卡门涡街,是指在流体中放置一个圆柱形或三角形的物体时,在这个物体的下游会产生两列旋转方向相反、交替出现的旋涡。

光学卡门涡街空气流量计

在产生卡门涡流的过程中,涡流发生器两侧的气压会发生变化,并通过导孔作用于金属箔,从而使其产生振动。当LED的光照射在振动的金属箔上时,光电晶体管接收到的金属箔上的反射光就是涡旋调制的光,其输出将被解调,得到代表气流的频率信号。

超声波卡门涡街空气流量计插入式空气流量计外部示意图

超声波发射探头和接收探头相对安装在卡门涡流发生器下游管道的两侧。由于卡门涡街对空气密度的影响,发射探头到接收探头的时间会比无涡街时要晚,产生相位差。通过处理该相位信号,可以获得涡流脉冲信号。

热线空气流量计的工作原理

当没有气流时,电桥处于平衡状态,控制电路输出加热电流给热线电阻RH;当有空气流动时,RH的热量被空气吸收而变冷,因此其电阻值发生变化,电桥失去平衡。如果热线电阻和吸入空气之间的温度差保持恒定并处于某个值,则流经热线电阻的电流IH必须增加。因此,热线电流IH是空气质量流量的函数。

热膜空气流量计

热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似,都是利用惠斯通电桥工作。不同的是,热膜式不使用铂丝作为热丝,而是将热丝电阻、补偿电阻和电桥电阻用厚膜工艺制作在同一个陶瓷基板上。

目标空气流量计

当空气在测量管中流动时,由于自身动能与目标之间的压力差,对目标产生作用力,使目标产生微小位移。作用力的大小与介质流量的平方成正比,其数学公式为:

F = Cd A ρ V2/2

f:作用在目标上的力

Cd:流体阻力系数

a:目标到测量管的轴向投影面积

ρ:工作状态下的中等密度

v:测量管中空气的特征速度。

作用在目标上的作用力通过目标杆传递,使传感器的弹性体发生微小变化,经过电路转换,输出相应的电信号。