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詳細(xì)介紹關(guān)于質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)知識(shí)匯總
來源:上海自動(dòng)化儀表有限公司作者:發(fā)表時(shí)間:2019-04-04 08:50:20【小中大】
許多傳統(tǒng)的流量計(jì)技術(shù)響應(yīng)于移動(dòng)流體的體積流速。基于速度的流量計(jì),例如磁力,渦流,渦輪,超聲波和光學(xué),產(chǎn)生與流體分子的速度成比例的輸出信號(hào),而不是其他任何東西。這意味著如果流過這些流量計(jì)類型之一的流體突然變得更密集(同時(shí)仍以每分鐘相同數(shù)量的體積單位流動(dòng)),流量計(jì)的響應(yīng)將根本不會(huì)改變。
然而,體積流量計(jì)提供的信息可能不是所測(cè)量過程的最佳信息。例如,如果所討論的流量計(jì)恰好測(cè)量進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)器容器的進(jìn)料流速,我們真正關(guān)心的是每單位時(shí)間進(jìn)料的分子進(jìn)入反應(yīng)器的數(shù)量,而不是多少立方米或加侖多少錢。我們知道溫度的變化會(huì)導(dǎo)致氣體和液體的密度變化,這意味著每個(gè)體積單位在溫度變化后將包含不同數(shù)量的分子。壓力對(duì)氣體的影響相似:壓力增加意味著占據(jù)每立方英尺(或其他體積單位)的氣體分子越多,所有其他因素都相同。如果一個(gè)過程需要考慮分子流速,
在蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)中,必須匹配進(jìn)入鍋爐的水的流速和從鍋爐流出的蒸汽的流速,以便在鍋爐管和鼓內(nèi)保持恒定量的水。然而,水是液體而蒸汽是蒸汽,因此基于體積的流量測(cè)量是沒有意義的:立方英尺的蒸汽將永遠(yuǎn)不會(huì)包含與立方英尺水相同數(shù)量的分子??刂葡到y(tǒng)平衡兩種流量的唯一合理方法是將它們測(cè)量為質(zhì)量流量計(jì)而不是體積流量。無論H2O分子采用何種形式(相),進(jìn)入鍋爐的每公斤必須與根據(jù)“大規(guī)模保護(hù)法”從鍋爐中出來的一公斤相匹配:進(jìn)入鍋爐的每個(gè)H2O分子必須與離開鍋爐的一個(gè)H2O分子相匹配,以便在鍋爐內(nèi)保持不變量的H2O分子。這就是為什么鍋爐給水和蒸汽流量計(jì)通常都經(jīng)過校準(zhǔn),以每單位時(shí)間lbm(磅質(zhì)量)為單位進(jìn)行測(cè)量。
在流量計(jì)用于貿(mào)易交接的情況下出現(xiàn)類似的問題。該術(shù)語表示特定材料的購買和銷售情況,以及流量測(cè)量的準(zhǔn)確性是貨幣重要性的問題。同樣,在這種情況下,通常購買和銷售的分子數(shù)量確實(shí)很重要,而不是這些分子占據(jù)多少立方米或加侖。這里,與化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)料流應(yīng)用一樣,體積流量計(jì)不提供最相關(guān)的信息。我們從化學(xué)研究中知道,所有元素都具有固定的質(zhì)量值:單原子形式的任何元素中的1摩爾(單個(gè)未結(jié)合的原子)的質(zhì)量等于該元素的原子質(zhì)量。例如,1摩爾碳(C)原子的質(zhì)量為12克,因?yàn)樵靥嫉脑淤|(zhì)量為12.同樣,1摩爾的氧(O)原子保證質(zhì)量為16克,因?yàn)?6是原子量對(duì)于元素氧氣。因此,1摩爾的一氧化碳(CO)分子的質(zhì)量為28克(12 + 16),而1摩爾的二氧化碳(CO2)分子的質(zhì)量為44克(12 + 16×2)。無論物質(zhì)的密度或稀疏程度如何,這些分子/質(zhì)量關(guān)系都是固定的:無論影響氣體樣品密度的壓力或溫度條件如何,1摩爾CO2的質(zhì)量均為44克。分子計(jì)數(shù)與任何給定化合物的質(zhì)量之間的關(guān)系是固定的,因?yàn)橘|(zhì)量是物質(zhì)的固有屬性。
維度分析證實(shí)了這種關(guān)系。體積流量總是以體積單位(m3,ft3,cc,in3,加侖等)隨時(shí)間測(cè)量,而上海自動(dòng)化儀表有限公司的質(zhì)量流量計(jì)總是以質(zhì)量單位(g,kg,lbm或slugs)隨時(shí)間測(cè)量。使用一個(gè)具體的例子,質(zhì)量流量計(jì)以磅(質(zhì)量)/分鐘為單位,將質(zhì)量密度乘以磅/立方英尺乘以體積流量(立方英尺/分鐘):
例如,1000立方英尺/分鐘水的體積流速相當(dāng)于每分鐘62400磅(質(zhì)量),或1040lbm / s,水的密度為62.4lbm / ft3。
利用現(xiàn)代傳感和計(jì)算技術(shù),可以將壓力,溫度和體積流量測(cè)量結(jié)合起來,以獲得質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果。這正是AGA3流量測(cè)量(孔板),AGA7流量測(cè)量(渦輪機(jī))和AGA9流量測(cè)量(超聲波)的目標(biāo):通過壓力和溫度數(shù)據(jù)“補(bǔ)償”這些流量測(cè)量元件的基本體積性質(zhì)61來計(jì)算以質(zhì)量為單位的流量隨時(shí)間的變化
然而,補(bǔ)償流量計(jì)系統(tǒng)需要更多的校準(zhǔn)工作來維持其長期準(zhǔn)確性,更不用說收集所有必要數(shù)據(jù)和執(zhí)行質(zhì)量流量計(jì)算所需的多個(gè)變送器和流量計(jì)算機(jī)中的大量資本投資。如果現(xiàn)有的流量計(jì)技術(shù)能夠自然地響應(yīng)流體的上海自動(dòng)化儀表有限公司的質(zhì)量流量計(jì),那就簡單多了!幸運(yùn)的是,確實(shí)存在這種流量計(jì)技術(shù),這是本節(jié)的主題。
對(duì)于以下每種質(zhì)量流量計(jì)技術(shù),應(yīng)該清楚地理解,所討論的儀器自然地響應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)。為了使用我們假設(shè)的流體流的示例,其密度突然增加而體積速率保持不變,真正的質(zhì)量流量計(jì)將立即識(shí)別質(zhì)量流量計(jì)的增加(相同的體積率,但每單位體積更多的質(zhì)量),而無需額外的補(bǔ)償測(cè)量或計(jì)算機(jī)計(jì)算。真正的質(zhì)量流量計(jì)的工作原理與通過流量計(jì)的流體分子的質(zhì)量直接相關(guān),使其與其他流量計(jì)類型有根本的不同。
在科里奧利流量計(jì)的情況下,儀器的工作原理是慣性:物體在加速或減速時(shí)產(chǎn)生的力。質(zhì)量的這一基本特性(與速度變化相反)構(gòu)成了科里奧利流量計(jì)功能的基礎(chǔ)。如果恒定質(zhì)量流體的體積流量加倍,科里奧利流量計(jì)內(nèi)部產(chǎn)生的慣性力將加倍; 如果恒定體積流量的密度加倍,則慣性力同樣會(huì)加倍。無論哪種方式,慣性力都表示質(zhì)量通過流量計(jì)的速度,因此科里奧利流量計(jì)是一種真正的質(zhì)量流量計(jì)儀器。
在熱流量計(jì)的情況下,儀器的工作原理是對(duì)流傳熱:當(dāng)較冷的分子經(jīng)過時(shí),從熱物體中提取的熱能。流體分子傳遞熱量的能力是每個(gè)分子的比熱和移過溫暖物體的分子數(shù)量的函數(shù)。只要流體的化學(xué)成分保持不變,熱的對(duì)流傳遞就是在給定時(shí)間內(nèi)有多少流體分子通過的函數(shù)。如果給定流體的體積流量加倍并且所有其他值保持恒定,則熱流量計(jì)內(nèi)的傳熱率將加倍; 如果給定流體的密度加倍并且所有其他值保持恒定(即每個(gè)時(shí)間間隔經(jīng)過的分子數(shù)的兩倍),則傳熱速率同樣會(huì)加倍。無論哪種方式,對(duì)流傳熱率表示流體流過多少分子,流量計(jì)對(duì)于任何給定的流體類型都與流體的質(zhì)量流量計(jì)成正比。這使得熱流量計(jì)成為任何(校準(zhǔn)的)流體組合物的真正質(zhì)量流量計(jì)儀器。
存在一些用于測(cè)量真實(shí)質(zhì)量流量計(jì)的較舊的機(jī)械技術(shù),但這些技術(shù)正在被科里奧利和熱質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)所取代??评飱W利和熱質(zhì)量流量計(jì)也迅速成為以前應(yīng)用于補(bǔ)償孔板和渦輪流量計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)。
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