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1、第三章流量测量第1页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 流量测量技术和仪表的应用领域流量测量技术和仪表的应用领域 工业生产过程能源计量一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等生物技术 交通运输 环保工程 空气污染空气污染(烟废气排放烟废气排放)、水污染、水污染 管道输送管道输送 第2页，共30页，编辑于2022年，星期二流
2、量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表v应用容积法检测流量（应用容积法检测流量（腰轮流量计）v应用动、静压能转换原理检测流量应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计)v应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计)v应用电磁感应原理检测流量应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计)v应用超声波检测流量应用超声波检测流量(超声波流量计)本本节节主主要要内内容容第3页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测的基本概念流量检测的基本概念瞬时流量瞬时流量单位时间内流体通过一定截面积的数量。单位时间内流体
3、通过一定截面积的数量。体积流量体积流量用流体的体积来表示（用流体的体积来表示（q qv v），单位为），单位为m m3 3/h/h。质量流量质量流量用流量的质量来表示（用流量的质量来表示（q qm m），单位为），单位为kg/hkg/h。累积流量累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值累积体积流量流量计量流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。累积质量流量流量测量的任务流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种
4、相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。第4页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表体积流量的测量方法体积流量的测量方法（1 1）容积法：）容积法：在在单单位位时时间间内内以以标标准准固固定定体体积积对对流流动动介介质质连连续续不不断断地地进进行行度度量量，以以排排出出流流体体固固定定容容积积数数来来计计算流量。算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流
5、体。（2 2）速度法：）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。来误差。第5页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 质量流量的测量方法质量流量的测量方法（1 1）直接法
6、：利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法；利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法；应用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。（2）间接法：用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质量流量。qv2检测元件和检测元件的组合；qv检测元件和检测元件的组合；qv2检测元件和qv检测元件的组合。第6页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用容积法检测流量应用容积法检测流量 单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据 测量原理测量原理设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数则排出的流体总量 根据转子
7、的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型）腰轮流量计（气体型和液体）刮板式流量计（液体型）第7页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表腰轮流量计腰轮流量计测量原理测量原理腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。计量室体积腰轮转速体积流量第8页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 腰轮流量计 腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量。就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制。精度高，
8、重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小。适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品(柴油，润滑油等)。腰轮流量计腰轮流量计 第9页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用动压能和静压能转换的原理检测流量应用动压能和静压能转换的原理检测流量 节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理检测原理当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。基础：基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利
9、方程（能量守恒定律）。压差影响因素：压差影响因素：流量、节流装形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）第10页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 流量基本方程式流量基本方程式根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即 体积流量 质量流量 式中 流量系数 流束膨胀系数 A0节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差流量与压力差的平方根成正比第11页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差压式流量计差压式流量计 测量对象测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作
10、状态工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面管径方面：从几毫米到几米；流动条件流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计 孔板引压管差压计第12页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差压式流量计分类表差压式流量计分类表 分类原则 分 类 类 型 按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔
11、板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置按用途分类1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置；第13页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 差压式流量计组成节流装置节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送
12、器差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。第14页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 标准节流元件标准孔板标准孔板结构简单，安装方便，适合大流量的测量标准喷嘴标准喷嘴标准文丘里管标准文丘里管结构复杂，压力损失比孔板小第15页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式 标准孔板的几种取压方式 取压方式第16页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表选用考虑要点 安装条件方面 流件前后有必要直管段长度 引压管线 仪表性能方面(1)精
13、确度、重复性、线性度、流量范围 压力损失流体特性方面 流体物性参数的确定 (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等环境条件方面第17页，共30页，编辑于2022年，星期二直接式质量流量计直接式质量流量计 直接式质量流量计的形式很多，有量热式、角动量式，差压式以及科氏力式等。下面介绍其中的一种科里奥利质量流量计，简称科氏力流量计。其测量原理是基于流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥。力。如图：第18页，共30页，编辑于2022年，星期二第19页，共30页，编辑于2022年，星期二质量流量与扭角关系质量流量与扭角关系式中:为扭转角；KS为扭转数；为振动度；r为U形管径。t为检测器发出脉
14、冲的时间隔。第20页，共30页，编辑于2022年，星期二科氏质量流量计的特点科氏质量流量计的特点 科氏力质量流量计的特点是：能够直接测量质量流量，不受流体性质（密度、黏度等）的影响，测量精度高；不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度的要求。但它的阻力损失较大，零点不稳定以及管路振动会影响测量精度。第21页，共30页，编辑于2022年，星期二漩涡流量计 漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。第22页，共30页，编辑于2022年，星期二漩涡流量计 第23页，共30页，编辑于2022年，星期二漩涡流量计漩涡流量计 当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间距离之比能满足h/L0
15、.281时，所产生的非对称漩涡列才能达到稳定。由圆柱漩涡发生体形成的卡门漩涡，其单列漩涡产生的频率为：第24页，共30页，编辑于2022年，星期二漩涡流量计漩涡流量计式中 f单列漩涡产生的频率，Hz；V流体平均流速，m/s；d圆柱直径，m；St斯特罗哈尔系数 漩涡频率的检测方法有热学法、电容法和差压法等。第25页，共30页，编辑于2022年，星期二热学法检测漩涡频率热学法检测漩涡频率 1空腔 2圆柱棒 3导压孔 4铂电阻丝 5隔墙 第26页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量 变面积式测量方法示意图
16、 检测原理检测原理锥形管锥形管-由下往上逐渐扩大管由下往上逐渐扩大管转子转子-阻力件阻力件 组成组成当流体自下而上流经锥形管当流体自下而上流经锥形管与转子之间的环形流通面积与转子之间的环形流通面积时，由于受到流体的冲击，时，由于受到流体的冲击，转子便要向上运动。转子便要向上运动。第27页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 流量基本方程式流量基本方程式设：作用在转子上的力有转子本身垂直向下的重力设：作用在转子上的力有转子本身垂直向下的重力f f1 1；流体对转子所产生的垂直向上的浮力流体对转子所产生的垂直向上的浮力f f2 2；流体作用在转子上的向上冲力流体
17、作用在转子上的向上冲力f f3 3；则有则有当转子处于平衡时，则有当转子处于平衡时，则有 设设:A:A0 0为环隙流通面积，为环隙流通面积，则转子流量计的体积流量为则转子流量计的体积流量为 第28页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 转子流量计指示值修正转子流量计指示值修正仪表出厂前标度：20，0.10133MP 液体-水 气体-空气 液体流量的修正气体流量的修正 修改量程 第29页，共30页，编辑于2022年，星期二流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表用一个用水标定的转子流量计来测量苯的流量，流量计的读数为28 m3/h，已知转子密度为7920 kg/m3的不锈钢，苯的密度为0.831 kg/L，求苯的实际流量是多少？例已知：s=1 kg/L，y=0.831 kg/L，z=7.92 kg/L，QN=28 m3/h，代入修正公式式可得：解所以苯的实际流量是31.08m3/h。第30页，共30页，编辑于2022年，星期二