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1、第3章流量检测与仪表第1页，共69页，编辑于2022年，星期一第一节 节流式流量计第二节 均速管流量计第三节 电磁流量计第四节 容积式流量计第五节 质量流量计第六节 其它流量计第2页，共69页，编辑于2022年，星期一第一节 节流式流量计流体流经节流件时，流束收缩引起压头转换而在节流流体流经节流件时，流束收缩引起压头转换而在节流件前后产生静压力差，该压差与流过的流量之间存在一定件前后产生静压力差，该压差与流过的流量之间存在一定的关系，通过测量压差而求出流量的一种流量计通称节流的关系，通过测量压差而求出流量的一种流量计通称节流装置，也称为差压装置。节流装置结构简单，性能稳定，装置，也称为差压装置
2、。节流装置结构简单，性能稳定，使用维护方便，且有一部分已标准化，是目前应用最多的使用维护方便，且有一部分已标准化，是目前应用最多的一一种流量计。常用标准节流装置有孔板、喷嘴及文丘里管种流量计。常用标准节流装置有孔板、喷嘴及文丘里管，如如下下图所示图所示。第3页，共69页，编辑于2022年，星期一一、节流装置测量原理 当流体连续流过节流孔时，在节流当流体连续流过节流孔时，在节流件前后由于压头转换而产生压差。件前后由于压头转换而产生压差。对于对于不可压缩流体例如水，节流前后流体的不可压缩流体例如水，节流前后流体的密度保持不变。当忽略压头损失密度保持不变。当忽略压头损失p时，由时，由柏努里方程可得：
3、柏努里方程可得：流体流经节流孔前流体流经节流孔前后的流态变化后的流态变化 式中式中，P1、P2为流束在截面流束在截面I、处处相应的静压力，相应的静压力，Pa；V1、V2为流束在截面流束在截面I、处的流速，处的流速，m/s；为流体的密度，流体的密度，kg/m3。第4页，共69页，编辑于2022年，星期一若若流体的流速均匀一致，则由式流体的流速均匀一致，则由式(1)可得：可得：由流体流动连续性方程：由流体流动连续性方程：A1V1=A2V2 (3)式中式中，A1、A2 截面截面I、处流束的断面积，处流束的断面积，A1等于管道的断面积，等于管道的断面积，m2。设流束收缩系数为设流束收缩系数为=A2/A
4、d，即，即A2=Ad(Ad为节流件的开孔面积为节流件的开孔面积)，又设管道直径为，又设管道直径为D和节流体开孔直径为和节流体开孔直径为d，则有，则有 Ad/A1=d2/D2=2其中其中，称为直径比，由式称为直径比，由式(2)和式和式(3)整理后得：整理后得：第5页，共69页，编辑于2022年，星期一 实实际际流流体体流流动动时时有有压压头头损损失失，流流速速也也不不是是均均匀匀一一致致的的，并并且且在在节节流流件件前前后后两两侧侧管管壁壁测测量量的的压压差差P=P1-P2，并并非非图图中中所所示示的的P=P1-P2，考考虑虑到到这这些些因因素素，在在上上式式中中应应引引入入修修正正系系数数，则
5、则不不可可压压缩缩流体的体积流量流体的体积流量Q与质量流量与质量流量M为为:第6页，共69页，编辑于2022年，星期一 式式(5)与式与式(6)本质上一致。但因为流出系数不包括渐本质上一致。但因为流出系数不包括渐近速度系数的因素，它的计算公式和图表较流量系数的近速度系数的因素，它的计算公式和图表较流量系数的简单，故国家标准简单，故国家标准GB/T 2624-2006采纳采纳C值。值。不可压缩流体差压-流量方程第7页，共69页，编辑于2022年，星期一可压缩流体差压-流量方程对于空气、煤气、水蒸汽等可压缩流体，流体流经对于空气、煤气、水蒸汽等可压缩流体，流体流经节流装置前后的流体密度会发生变化，
6、故应引入一个可节流装置前后的流体密度会发生变化，故应引入一个可膨胀系数膨胀系数，则可压缩流体的流量基本方程为：，则可压缩流体的流量基本方程为：第8页，共69页，编辑于2022年，星期一实用流量方程(1)流量流量Q以以m3/h 表示，在流体工作温度下节流件开孔直径表示，在流体工作温度下节流件开孔直径dt以以mm表示，压差表示，压差P以以Pa表示，流体工作密度表示，流体工作密度仍以仍以kg/m3表表示时的流量方程为：示时的流量方程为：(2)压差压差P以以kPa表示，其它单位不变，则上式改写为：表示，其它单位不变，则上式改写为：第9页，共69页，编辑于2022年，星期一(3)如果如果P以以 mmH2
7、O(水柱水柱)表示，水的密度表示，水的密度(20)998.2 kg/m3，其它单位不变时，则流量实用方程为：其它单位不变时，则流量实用方程为：二、标准节流装置 在国家标准在国家标准【GB/T 2624-2006用安装在圆形截面管道中的差压装置用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量测量满管流体流量，等同于国际标准，等同于国际标准ISO 5167(2003)】规定的使用极限规定的使用极限范围内，根据该标准所提供的数据和要求进行设计、制造和安装使用的节范围内，根据该标准所提供的数据和要求进行设计、制造和安装使用的节流件，流件，称为称为标准节流装置标准节流装置。标准孔板、标准喷嘴与标准文丘里
8、管标准孔板、标准喷嘴与标准文丘里管(简称孔板、喷嘴、文丘里管简称孔板、喷嘴、文丘里管)等，等，毋须经过实液标定即可使用，测量准确度一般为毋须经过实液标定即可使用，测量准确度一般为l%2%，能满足工，能满足工业生产上的一般要求。业生产上的一般要求。第10页，共69页，编辑于2022年，星期一(一)标准孔板 1、结构形式、结构形式 主要参数：主要参数：开孔直径开孔直径d：满足满足d12.5mm 0.100.75孔板的厚度孔板的厚度E：e E 0.05D节流孔厚度节流孔厚度 e：0.005D e0.02D第11页，共69页，编辑于2022年，星期一节流装置的取压方式节流装置的取压方式1-1角接取压；
9、角接取压；2-2法兰取压；法兰取压；3-3径距取压；径距取压；4-4缩流取压；缩流取压；5-5管接取压管接取压 每个取压装置至少有一个上游取压孔和一个下游取压孔，不同取每个取压装置至少有一个上游取压孔和一个下游取压孔，不同取压方式的上、下游取压孔位置都必需符合国家标准的规定。压方式的上、下游取压孔位置都必需符合国家标准的规定。取压口的位置表征标准孔板的取压方式，一般分为取压口的位置表征标准孔板的取压方式，一般分为角接取压、法兰角接取压、法兰取压、径距取压、缩流取压取压、径距取压、缩流取压和和管接取压管接取压五种，标准孔板常用角接取压五种，标准孔板常用角接取压法和法兰取压法。取压方式不同的标准孔
10、板，其取压装置的结构，法和法兰取压法。取压方式不同的标准孔板，其取压装置的结构，孔板的适用范围，流出系数的实验数据以及有关技术要求均有所不孔板的适用范围，流出系数的实验数据以及有关技术要求均有所不同同。2、取压装置第12页，共69页，编辑于2022年，星期一(1)(1)角接取压装置角接取压装置 从从节节流件上下游流件上下游断面与管壁的断面与管壁的夹夹角角处处取出待取出待测测的的压压力，称力，称为为角接取角接取压压，角接取压角接取压包括单独钻孔和环室取包括单独钻孔和环室取压两种。压两种。单独钻孔取压环室取压单独钻孔单独钻孔取压取压环室取压环室取压第13页，共69页，编辑于2022年，星期一(2)
11、(2)法兰取压装置法兰取压装置 标标准孔板的上下游两准孔板的上下游两侧侧均用法均用法兰兰连连接接。上下游侧取压孔上下游侧取压孔的轴线至孔板的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为上、下游侧端面之间的距离均为25.40.8mm(1inch)。取压孔开在孔。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上。板上下游侧的法兰上。(3)(3)径距取压径距取压(或称或称D D与与D D/2/2取压取压)装置装置 上游取压口中心与孔板上游端面距离名义上等于上游取压口中心与孔板上游端面距离名义上等于D，但在，但在0.9D与与1.1D之间时，无须对流出系数进行修正。下游取压口中心与孔板之间时，无须对流出系数进行修正。下游取压口
12、中心与孔板上游端面距离为上游端面距离为D/2，但当，但当0.60，在，在0.480.52D之间时，之间时，或或当当0.60，在，在0.490.51D之间时，都不必对流出系数进行修正。之间时，都不必对流出系数进行修正。第14页，共69页，编辑于2022年，星期一节流式节流式流量测量系统流量测量系统第15页，共69页，编辑于2022年，星期一(二)标准喷嘴 标准喷嘴分标准喷嘴分ISA 1932喷嘴喷嘴(左图左图)和长径喷嘴两和长径喷嘴两种。喷嘴在管道内的部分种。喷嘴在管道内的部分是圆的，由圆弧形的收缩是圆的，由圆弧形的收缩部分和圆筒形喉部组成。部分和圆筒形喉部组成。适用范围适用范围:50D500m
13、m，0.300.80。当当0.300.44时，时，7104ReD107；当当0.440.80时，时，2104ReD107。(a)d(2/3)D (b)d(2/3)D第16页，共69页，编辑于2022年，星期一(三)文丘里管 标标准准文文丘丘里里管管有有两两种种形形式式:古古典典文文丘丘里里管管(简简称称文文丘丘里里管管，见见图图)与与文文丘丘里里喷喷嘴嘴。文文丘丘里里管管是是由由入入口口圆圆筒筒段段A，圆圆锥锥收收缩缩段段B，圆圆柱柱形形喉喉部部C以以及及圆圆锥锥形形扩扩散散段段E组组成成。文文丘丘里里管管内内壁壁是是对对称称于于轴轴线线的的旋旋转转表表面面，该轴线与管道同轴。该轴线与管道同轴
14、。第17页，共69页，编辑于2022年，星期一三、标准节流装置的使用条件 节流装置只适于测量圆形截面管道内的流体，流体必须充满圆管，节流装置只适于测量圆形截面管道内的流体，流体必须充满圆管，连续地流过管道。连续地流过管道。在紧邻节流装置的上游管道内流体的流动状在紧邻节流装置的上游管道内流体的流动状态接近典型的充分发展的紊流状态。态接近典型的充分发展的紊流状态。流束应与管轴平行，不得有旋转流或旋涡。在进行流量测量时，管道内流流束应与管轴平行，不得有旋转流或旋涡。在进行流量测量时，管道内流体的流动应是稳定的。体的流动应是稳定的。流体流量基本上不随时间而变化，或者变化是非常缓慢的。流体流量基本上不随
15、时间而变化，或者变化是非常缓慢的。流体可以是可压缩的气体或不可压缩的流体；但不适于脉动流与临流体可以是可压缩的气体或不可压缩的流体；但不适于脉动流与临界流。界流。流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是单相的，均匀的或者可认为流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是单相的，均匀的或者可认为是单相的，且流经节流装置时不发生相变。具有高分散程度的胶质溶液例是单相的，且流经节流装置时不发生相变。具有高分散程度的胶质溶液例如牛奶，可以认为是单相流体。如牛奶，可以认为是单相流体。节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时，必须标定后才能安装节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时，必须标定后才能安
16、装使用。使用。第18页，共69页，编辑于2022年，星期一四、节流装置的安装 节流装置安装在一定长度的直管道上，上下节流装置安装在一定长度的直管道上，上下游难免有影响流体流动的拐弯、扩张、缩小、分游难免有影响流体流动的拐弯、扩张、缩小、分岔及阀门等阻力件如图所示。节流装置前后直管岔及阀门等阻力件如图所示。节流装置前后直管段及阻力件位置等均需满足国家标准。段及阻力件位置等均需满足国家标准。节节流装置的安装管段流装置的安装管段1，2，5-局部阻力件，局部阻力件，3-节流件，节流件，4-引压管引压管第19页，共69页，编辑于2022年，星期一五、非标准节流装置(一一)V)V锥流量计锥流量计 因为因为
17、锥体锥体有有“整流整流”作用，即使作用，即使在极为恶劣的情况下在极为恶劣的情况下(如如紧邻仪紧邻仪表上游有单弯管，双弯管表上游有单弯管，双弯管等阻力件等阻力件)，经过锥体后的流体分布也比较均，经过锥体后的流体分布也比较均匀，可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度匀，可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度。因此。因此对上下游直对上下游直管段的要求小，安装时在上游留管段的要求小，安装时在上游留0-3D的直管段，在下游留的直管段，在下游留0-1D的直段管即的直段管即可。可。1-上游端开孔上游端开孔(总压管总压管)；2-下游端开孔下游端开孔(静压管静压管)；3-节流件节流件第20页，共69页，
18、编辑于2022年，星期一(二)内文丘里管 内文丘里管与经典文丘里管的测量原理相同，流体流内文丘里管与经典文丘里管的测量原理相同，流体流经内文丘里管的流动与节流过程同流经经典文丘里管时相经内文丘里管的流动与节流过程同流经经典文丘里管时相似，通过测量差压，便可得知流体流过内文丘里管流量的似，通过测量差压，便可得知流体流过内文丘里管流量的大小。大小。它它对传统文丘里管结构作了质的变革而集经典文丘里对传统文丘里管结构作了质的变革而集经典文丘里管、环形孔板、耐磨孔板和锥形入口孔板优点为一体的新管、环形孔板、耐磨孔板和锥形入口孔板优点为一体的新一代异型文丘里管，其特性与使用性能优于标准一代异型文丘里管，其
19、特性与使用性能优于标准节流装置节流装置，适于测量各种液体、气体和蒸汽，特别适用于测量各种煤适于测量各种液体、气体和蒸汽，特别适用于测量各种煤气、非洁净天然气、高含湿气体以及其它各种脏污流体，气、非洁净天然气、高含湿气体以及其它各种脏污流体，大多可取代传统孔板、喷嘴、经典文丘里管的理想换代产大多可取代传统孔板、喷嘴、经典文丘里管的理想换代产品。品。第21页，共69页，编辑于2022年，星期一内文丘里管流量计(a)结构示意图；结构示意图；(b)芯体结构芯体结构I；(c)芯体结构芯体结构II1-圆形测量管；圆形测量管；2-文丘里型芯体；文丘里型芯体；3,4-支撑环；支撑环；5-取压孔；取压孔；6-前
20、段圆锥前段圆锥(图图b)或圆锥台或圆锥台(图图c)；7-中段圆柱；中段圆柱；8-后段圆锥台；后段圆锥台；9,10-支撑轴支撑轴第22页，共69页，编辑于2022年，星期一(三)小管道流量测量 标准节流装置只能用在直径大于标准节流装置只能用在直径大于50mm管道上，直径管道上，直径小于小于 50mm的管道采用非标准节流装置。的管道采用非标准节流装置。1、小管径孔板 第23页，共69页，编辑于2022年，星期一2、内藏孔板 v把小孔板装在与差压变送器把小孔板装在与差压变送器的正、负压室相连的小管中，的正、负压室相连的小管中，这种小孔板和小管就成为构这种小孔板和小管就成为构成差压变送器整体的构件，成
21、差压变送器整体的构件，故称为内藏孔板故称为内藏孔板(或称整体孔或称整体孔板板)。v内藏孔板适用于测量清洁气体内藏孔板适用于测量清洁气体和液体的小流量，工艺管道直和液体的小流量，工艺管道直径范围径范围825mm，孔板孔径范，孔板孔径范围通常为围通常为0.5-6mm，测量精度，测量精度(13)%，流量系数与雷诺数，流量系数与雷诺数和孔径等因素有关，通常由仪和孔径等因素有关，通常由仪表厂标定。表厂标定。第24页，共69页，编辑于2022年，星期一(四)含悬浮物和高粘度流体的流量测量 含悬浮物和高粘度流体的流量时，在含悬浮物和高粘度流体的流量时，在标准孔板前后会积存沉淀物，使管道实际标准孔板前后会积存
22、沉淀物，使管道实际面积减小，测量不准确，甚至管道被堵塞，面积减小，测量不准确，甚至管道被堵塞，因而，必需采用特殊节流装置来测量。因而，必需采用特殊节流装置来测量。(1)楔形孔板。楔形孔板。(2)圆缺孔板。圆缺孔板。(3)偏心孔板。偏心孔板。第25页，共69页，编辑于2022年，星期一 1楔形流量计；楔形流量计；2，3取压管段；取压管段；4差压变送器差压变送器 适用管径范围适用管径范围8600mm(或达或达1200mm)，雷诺数，雷诺数3001106，流体温度，流体温度300，流体压力，流体压力6 MPa，测量范围度，测量范围度1:5,目前已达目前已达1:10；测量精度：经标定为；测量精度：经标
23、定为0.5%，未标定，未标定的约为的约为3%。楔形流量计楔形流量计第26页，共69页，编辑于2022年，星期一圆缺孔板 圆缺孔板形状似扇形，它的开孔是一个圆的一部分圆缺孔板形状似扇形，它的开孔是一个圆的一部分(圆缺部分圆缺部分)，这个圆的直径是管道直径的，这个圆的直径是管道直径的98%，如图所示。主要用于脏污介质含有，如图所示。主要用于脏污介质含有固体微粒的液体和气体的流量测量，圆缺开孔一般位于下方，但对于固体微粒的液体和气体的流量测量，圆缺开孔一般位于下方，但对于含气泡的液体，其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。含气泡的液体，其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。圆圆缺孔板适用范缺孔板适用
24、范围围：管径管径50mmD350mm(可达可达500mm)，0.350.75，雷，雷诺诺数：数：104ReD106。取。取压压方式采用法方式采用法兰兰取取压压和和缩缩流取流取压压。第27页，共69页，编辑于2022年，星期一偏心孔板 这种孔板的孔是偏心的，它与一个和管道同心的圆相切，这种孔板的孔是偏心的，它与一个和管道同心的圆相切，这个圆的直径等于管道直径的这个圆的直径等于管道直径的98%，如图所示。其取压方式也有，如图所示。其取压方式也有两种：法兰取压和缩径取压。两种：法兰取压和缩径取压。适用范围：管径适用范围：管径100mmD1000mm，直径比，直径比0.460.84，雷诺数，雷诺数10
25、5ReD106。第28页，共69页，编辑于2022年，星期一(五)低雷诺数情况下的流量测量 管道雷诺数管道雷诺数(ReD)与管径、流体粘度、与管径、流体粘度、密度和流量大小等有关，某些介质的粘度密度和流量大小等有关，某些介质的粘度大、密度小或流量小，则雷诺数低，达不大、密度小或流量小，则雷诺数低，达不到标准节流装置要求的界限雷诺数到标准节流装置要求的界限雷诺数(或最小或最小雷诺数雷诺数)，因而流出系数不稳定，造成较大，因而流出系数不稳定，造成较大的测量误差。的测量误差。以下介绍两种低雷诺数使用的非标准以下介绍两种低雷诺数使用的非标准孔板：孔板：1/4圆孔板与锥形入口孔板。圆孔板与锥形入口孔板。
26、第29页，共69页，编辑于2022年，星期一1、1/4圆孔板 1/4圆孔板圆孔板(又称又称1/4圆喷圆喷嘴嘴)与标准孔板相似，只是与标准孔板相似，只是节流孔的入口边缘形状不同，节流孔的入口边缘形状不同，上游入口边缘是以半径为上游入口边缘是以半径为r的的1/4圆，其圆心在下游端面圆，其圆心在下游端面上，如图所示，这种孔板结上，如图所示，这种孔板结构简单，又具有喷嘴的一些构简单，又具有喷嘴的一些优良性能，如不受磨蚀、腐优良性能，如不受磨蚀、腐蚀和孔板表面固体沉积物的蚀和孔板表面固体沉积物的影响，适用范围：管径影响，适用范围：管径D25mm，直径比，直径比0.2450.6，雷诺数，雷诺数500ReD
27、6104，孔，孔径径d15mm。1/4圆孔板圆孔板1-上游端面上游端面A；2-下游端面；下游端面；3-流向流向第30页，共69页，编辑于2022年，星期一2、锥形入口孔板锥形入口孔板的形锥形入口孔板的形状与标准孔板相似，相状与标准孔板相似，相当于一块进出口反装的当于一块进出口反装的标准孔板，其入口与中标准孔板，其入口与中心线夹角为心线夹角为451o，如图，如图所示。它要求的雷诺数所示。它要求的雷诺数下限比下限比1/4圆孔板还要小，圆孔板还要小，适用范围：管径适用范围：管径D25mm，直径比，直径比0.10.316，孔径，孔径d6mm。锥形入口孔板锥形入口孔板1-环隙；环隙；2-夹持环；夹持环；
28、3-上游端面上游端面A；4-下游下游端面端面B；5-轴线；轴线；6-流向；流向；7-取压口；取压口；8-孔板孔板第31页，共69页，编辑于2022年，星期一七、节流式流量计的选用(一)节流装置的选择 节流式流量计的主要优点是结构简单，使用方便，节流式流量计的主要优点是结构简单，使用方便，寿命长，适应性广。不足之处是量程比较窄，一般为寿命长，适应性广。不足之处是量程比较窄，一般为(34):1，压力损失较大，需消耗一定的动力；对安装要，压力损失较大，需消耗一定的动力；对安装要求严格，需要足够长的直管段。选用时需注意以下问题：求严格，需要足够长的直管段。选用时需注意以下问题：允许的压力损失允许的压力
29、损失；加工；加工；被测介质的侵蚀性被测介质的侵蚀性；现场安装条件。现场安装条件。第32页，共69页，编辑于2022年，星期一(二)使用节流装置应注意的问题 节流式流量计不仅需要节流式流量计不仅需要合理选型合理选型，精确，精确设计计算设计计算和和加工制加工制造造，更应注意，更应注意正确安装正确安装、使用使用和和维护维护，方能获得足够的实，方能获得足够的实际测量准确度。际测量准确度。使用应注意问题主要包括以下四个方面，以免产生额外误差：使用应注意问题主要包括以下四个方面，以免产生额外误差：(1)被测流体参数与设计条件不符；被测流体参数与设计条件不符；(2)原始数据不正确；原始数据不正确；(3)节流
30、装置安装不正确；节流装置安装不正确；(4)维护工作疏忽。维护工作疏忽。第33页，共69页，编辑于2022年，星期一第二节均速管流量计 均速管又称为均速流量传感器或均速探头，它通过测量均速管又称为均速流量传感器或均速探头，它通过测量管道内流动流体的速度压力管道内流动流体的速度压力流速来测量流量。流速来测量流量。均速管流量探头主要有阿牛巴均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴、威力巴(Vrabar)、威尔巴、威尔巴(Wellbar)、德尔塔巴、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴、托巴(Torbar)、双、双D巴等几种。它们的共同特点都是结构简巴等几种。它们的共同特点都是结构简单的插
31、入式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，单的插入式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米到几米，使用范围很广。一般要管道内径从十几毫米到几米，使用范围很广。一般要求雷诺数求雷诺数104ReD107，测量准确度通常为，测量准确度通常为(13)。第34页，共69页，编辑于2022年，星期一一、阿牛巴(Annubar)流量计 阿牛巴是一种均速流量探头，配以差压变送器和流量积算器而阿牛巴是一种均速流量探头，配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计，也属于差压式流量测量仪表，用来测量一般气组成阿牛巴流量计，也属于差压式流量测量仪表，用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量。体、液体和蒸
32、汽的流量。适用范围：适用范围：管径管径D=252500mm(特殊达特殊达5000mm)，工作压力工作压力5MPa，工作温度工作温度400，雷诺数雷诺数ReD104，流速要求气体流速要求气体5m/s，(液体为液体为0.5m/s，蒸汽为蒸汽为9m/s以上。以上。)第35页，共69页，编辑于2022年，星期一 总压管面对气流方向开有四个取压孔，所测量的是该四总压管面对气流方向开有四个取压孔，所测量的是该四个环形截面的流体总压头个环形截面的流体总压头(包括静压头和动压头包括静压头和动压头)，在总压管，在总压管内另插入一根引压管，由它引出四个总压头的平均值内另插入一根引压管，由它引出四个总压头的平均值P
33、1，静，静压管装在背着流动方向上，取压孔在管道轴线位置上，引出流压管装在背着流动方向上，取压孔在管道轴线位置上，引出流体的静压头体的静压头P2。1-总压管总压管 2-静压管静压管第36页，共69页，编辑于2022年，星期一 将将P1、P2分别引入差压变送器，测出两者的压差分别引入差压变送器，测出两者的压差P，P便是流体便是流体的平均速度头。根据柏努力方程式从平均速度头可求出流体平均速的平均速度头。根据柏努力方程式从平均速度头可求出流体平均速度和流量，实用流量方程式如下：度和流量，实用流量方程式如下：式中：式中：D 管道内径管道内径mm；P压差，压差，kPa；流体体密度，流体体密度，kg/m3。
34、二、热线均速管流量计 热线均速管类似阿牛巴流量计，把管道截面分成几个等面积圆环，热线均速管类似阿牛巴流量计，把管道截面分成几个等面积圆环，每一个热丝感测元件对应测量一个圆环中的流体速度，通过几个圆环流体每一个热丝感测元件对应测量一个圆环中的流体速度，通过几个圆环流体速度的平均值推算出其质量流量速度的平均值推算出其质量流量M。第37页，共69页，编辑于2022年，星期一三、威尔巴(Wellbar)流量计 威尔巴威尔巴(Wellbar)流量计由威尔巴探头，差流量计由威尔巴探头，差压变送器和流量积算仪等组成压变送器和流量积算仪等组成(下图下图)。低低压压取取压压孔孔威尔巴探头威尔巴探头高高压压取取压
35、压孔孔第38页，共69页，编辑于2022年，星期一第三节 电磁流量计 一、工作原理 当被测流体垂直于磁力线方向流当被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，在与流体流向和动而切割磁力线时，在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势磁力线垂直方向上产生感应电势Ex(伏伏)，Ex与体积流量与体积流量Q的关系为的关系为:Ex=4B/(D)Q10-8=KQ 式中，式中，K为仪表常数，决定于仪表几为仪表常数，决定于仪表几何尺寸及磁场强度。何尺寸及磁场强度。利用传感器测量管上对称配置的利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势，经放大和转换处电极引出感应电势，经放大和转换处理后，仪表指示出流量值。理后
36、，仪表指示出流量值。第39页，共69页，编辑于2022年，星期一二、电磁流量传感器(一一)电磁流量传感器结构电磁流量传感器结构 电磁流量传感器由测量管，励磁系统电磁流量传感器由测量管，励磁系统(励磁励磁线圈、磁轭等线圈、磁轭等)、电极，内衬和外壳等组成、电极，内衬和外壳等组成,如图如图所示。所示。1-外壳；外壳；2-励磁线图；励磁线图；3-磁轭；磁轭；4-内衬；内衬；5-电极；电极；6-绕组支持件绕组支持件第40页，共69页，编辑于2022年，星期一三、电磁流量转换器 将传感器输出的电势信号将传感器输出的电势信号Ex经转换器信号处理和放大后经转换器信号处理和放大后转换为正比于流量的转换为正比于
37、流量的420mADC电流信号或脉冲信号，输出电流信号或脉冲信号，输出给显示记录仪表，因励磁波形的不同，电磁流量转换器的电路有给显示记录仪表，因励磁波形的不同，电磁流量转换器的电路有多种形式。多种形式。四、电磁流量计的选用(一)流量计的特点流量计的特点 优点优点：测量导管内无可动部件，几乎没有压力损失，也不：测量导管内无可动部件，几乎没有压力损失，也不会发生堵塞理象；无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动会发生堵塞理象；无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量；测量范围很宽，精度较高。流量；测量范围很宽，精度较高。不足不足：被测介质温度有限制：被测介质温度有限制(一般为一般为-40130)；要求被测介
38、质；要求被测介质必须具有导电性能。必须具有导电性能。第41页，共69页，编辑于2022年，星期一(二)电磁流量计的安装维护(1)电磁流量计要求传感器的测量管内必须电磁流量计要求传感器的测量管内必须充满液体，不允许有气泡产生充满液体，不允许有气泡产生(最好垂直最好垂直安装安装)；(2)应有足够长的直管段，一般要求应有足够长的直管段，一般要求5D；(3)应远离大功率电气设备安装，并应妥善应远离大功率电气设备安装，并应妥善地单独接地；地单独接地；(4)电磁流量传感器及转换器应用同相电源；电磁流量传感器及转换器应用同相电源；(5)传感器必须定期维护清洗，保持测量管传感器必须定期维护清洗，保持测量管内部
39、清洁，电极光亮平整。内部清洁，电极光亮平整。第42页，共69页，编辑于2022年，星期一第四节容积式流量计 应用容积法测量流体流量的仪表，称为容积式流量计。它应用容积法测量流体流量的仪表，称为容积式流量计。它有一个已标定容积的计量室，容积是在仪表壳体与旋转体之间形有一个已标定容积的计量室，容积是在仪表壳体与旋转体之间形成的。当流体经过仪表时，利用仪表入口和出口之间产生的压力成的。当流体经过仪表时，利用仪表入口和出口之间产生的压力差，推动旋转体转动，将流体从计量室中容积差，推动旋转体转动，将流体从计量室中容积V0一份一份地推一份一份地推送出去。所推送出的流体流量为送出去。所推送出的流体流量为 Q
40、=nV0式中，式中，n 转动的次数，转动的次数，r/s(转转秒秒)。因为计量室的容积是已知的，故只要测出旋转体的转动次数，因为计量室的容积是已知的，故只要测出旋转体的转动次数，根据计量室的容积和旋转体的转动频率，求出流体的瞬时流量和根据计量室的容积和旋转体的转动频率，求出流体的瞬时流量和累计流量。累计流量。第43页，共69页，编辑于2022年，星期一一、椭圆齿轮流量计 在流体差压在流体差压(p1-p2)作用下，推动椭圆齿作用下，推动椭圆齿轮轮A和和B反方向旋转，不断地将充满半月形固反方向旋转，不断地将充满半月形固定容积中的流体推出去，其转动与充液排液定容积中的流体推出去，其转动与充液排液过程如
41、图。齿轮每转一周就推出四个半月形过程如图。齿轮每转一周就推出四个半月形容积的流体，从齿轮的转数可计算出排出流容积的流体，从齿轮的转数可计算出排出流体的总流量。椭圆齿轮的转动通过减速传动体的总流量。椭圆齿轮的转动通过减速传动机构带动指针与机械计数器，仪表盘中间的机构带动指针与机械计数器，仪表盘中间的大指针指示流体的瞬时流量，经过齿轮计数大指针指示流体的瞬时流量，经过齿轮计数器显示体积总流量。器显示体积总流量。第44页，共69页，编辑于2022年，星期一椭圆齿轮转动与充液排液过程(1)t=0,=0，流体进入计量室；，流体进入计量室；(2)t=T/8,=45，流体排出计量室；，流体排出计量室；(3)
42、t=T/4,=90，流体全部排出，开始下一个，流体全部排出，开始下一个循环，每次周期完成循环，每次周期完成4次计量。次计量。第45页，共69页，编辑于2022年，星期一二、腰轮流量计(罗茨流量计)椭圆齿轮换为无齿的腰轮：由于腰轮没有齿，不易被流椭圆齿轮换为无齿的腰轮：由于腰轮没有齿，不易被流体中尘灰夹杂卡死，同时腰轮的磨损也较椭圆齿轮轻一些，体中尘灰夹杂卡死，同时腰轮的磨损也较椭圆齿轮轻一些，因此使用寿命较长，准确度较高，可作标准表使用。因此使用寿命较长，准确度较高，可作标准表使用。第46页，共69页，编辑于2022年，星期一(1)选择这种流量计时，不能简单地按连接管道的直径大小去确定选择这种
43、流量计时，不能简单地按连接管道的直径大小去确定仪表规格；应注意实际应用时的测量范围，保持在所选仪表的仪表规格；应注意实际应用时的测量范围，保持在所选仪表的量程范围以内。量程范围以内。(2)为了避免液体中的固体颗粒进入流量计，磨损运动部件，流量计前为了避免液体中的固体颗粒进入流量计，磨损运动部件，流量计前应装配筛网过滤器，并注意定期清洗和更换过滤网。应装配筛网过滤器，并注意定期清洗和更换过滤网。(3)如被测液体含有气体或可能析出气体时，在流量计前方应装气液分如被测液体含有气体或可能析出气体时，在流量计前方应装气液分离器，以免气体进入流量计形成气泡而影响测量准确度。离器，以免气体进入流量计形成气泡
44、而影响测量准确度。(4)在精密测量中应考虑被测介质的温度变化对流量测量的影响，过去在精密测量中应考虑被测介质的温度变化对流量测量的影响，过去都采用人工修正，现在已有温度与压力自动补偿并自动显示记录的都采用人工修正，现在已有温度与压力自动补偿并自动显示记录的容积流量计。容积流量计。三、容积式流量计的选用注意事项第47页，共69页，编辑于2022年，星期一第五节 质量流量计质量流量计大致分为三大类：质量流量计大致分为三大类：(1)直接式直接式：即直接检测与质量流量成比例的量，检测元：即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。件直接反映出质量流量。(2)推导式推导式：即用体积流量计
45、和密度计组合的仪表来测量质：即用体积流量计和密度计组合的仪表来测量质量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通过运算得量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。出与质量流量有关的输出信号。(3)补偿式补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。到流体的质量流量值。第48页，共69页，编辑于2022年，星期一一、科里奥利质
46、量流量计 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计(简称简称CMF)是利用是利用流体在振动管中流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一而制成的一种直接式质量流量仪表。种直接式质量流量仪表。(一一)基本结构和工作原理基本结构和工作原理 双双U形科里奥利流量传感器的结构如下图：形科里奥利流量传感器的结构如下图：第49页，共69页，编辑于2022年，星期一工作原理 如图，被测流体从如图，被测流体从U形管流过，其流动方向与振动方向垂直，由形管流过，其流动方向与振动方向垂直，由理论力学可知，当某一质量为理论力学可知，当某一质量为m的物体在旋转的
47、物体在旋转(在此为振动在此为振动)参考系中以参考系中以速度速度u运动时，将受到一个力的作用运动时，将受到一个力的作用(m)，从而在直管段产生扭矩，从而在直管段产生扭矩，在该力矩作用下，在该力矩作用下，U形管产生扭矩转角形管产生扭矩转角(qm)。通过测量。通过测量U形管两端管形管两端管通过振动中心通过振动中心N-N所需的时间差即可测量得到所需的时间差即可测量得到qm。第50页，共69页，编辑于2022年，星期一二、热式质量流量计 利用流体热交利用流体热交换原理构成的流量换原理构成的流量计称为热式流量计。计称为热式流量计。它有两种形式，即它有两种形式，即量热式与冷却式，量热式与冷却式，前者为分布式
48、仪表，前者为分布式仪表，测量范围有限；后测量范围有限；后者为插入式仪表，者为插入式仪表，测量范围较大。测量范围较大。第51页，共69页，编辑于2022年，星期一三、推导式质量流量计 用测量体积流量用测量体积流量的流量计配合密度计，的流量计配合密度计，利用利用qm=qv计算得出计算得出质量流量质量流量(如右图如右图)。密度计可采用密度计可采用同位素、超声波、同位素、超声波、振动管等连续测量振动管等连续测量密度的仪表。密度的仪表。第52页，共69页，编辑于2022年，星期一第六节 其它流量计一、转子流量计一、转子流量计 在一个向上略为扩大的均在一个向上略为扩大的均匀锥形管内，放一个较被测流体匀锥形
49、管内，放一个较被测流体密度稍大的浮子密度稍大的浮子(也叫转子也叫转子)，当，当流体自下而上流动时，浮子受到流体自下而上流动时，浮子受到流体的作用力而上升，流体的流流体的作用力而上升，流体的流量愈大，浮子上升愈高。浮子上量愈大，浮子上升愈高。浮子上升的高度就代表一定的流量。从升的高度就代表一定的流量。从而可从管壁上的流量刻度标尺直而可从管壁上的流量刻度标尺直接读出流量数值。接读出流量数值。第53页，共69页，编辑于2022年，星期一二、涡轮流量计(一一)电磁感应涡轮流量计电磁感应涡轮流量计 涡轮是用高导磁的不涡轮是用高导磁的不锈钢制成的，涡轮体上有锈钢制成的，涡轮体上有数片螺旋形叶片数片螺旋形叶
50、片(故故也称叶也称叶轮流量计轮流量计)，整个涡轮支承，整个涡轮支承在前后两个摩擦力很小的在前后两个摩擦力很小的轴承内。流体流动推动涡轴承内。流体流动推动涡轮旋转轮旋转(涡轮旋转涡轮旋转速度与流速度与流体速度相当体速度相当)，通过测量，通过测量涡涡轮转轮转速而速而测定流量测定流量。1-涡轮；涡轮；2-轴承；轴承；3-永久磁钢；永久磁钢；4-线圈；线圈；5-外壳；外壳；6-导流器导流器第54页，共69页，编辑于2022年，星期一 两个反射型光纤传感器两个反射型光纤传感器被被并列装配在涡轮流量计上，这两个传感并列装配在涡轮流量计上，这两个传感器可检测同一涡轮叶片不同位置的反射信号器可检测同一涡轮叶片