第六章,流量测量.pptx

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1、流量用途日常生活用途：水、煤气、排水生命科学：血液循环、呼吸空气，肺含量汽车：各种燃料、排气、润滑油工业生产过程：气体、液体、混合流体第1页/共62页流量测量条件从高温极低温度高压力低压力低粘度高粘度微小流量大流量层流、湍流、脉动流、多相流没有任何方法可以完成所有条件流量测量第2页/共62页流量与流量计流量在流体的流动中，具有某一定面积的截面（管道、沟渠），把流过该截面的体积或质量与时间之间之比称为流量。用流体流过的体积与时间之比来表示流量时，称为体积流量（或容积流量）。用液体流过的质量与时间之比来表示流量时，称为质量流量。第3页/共62页设流体通过截面中的某一微小面积为dF，并将通过该微小面

2、积流体的流速取为v时，则流体通过微小面积dF的体积流量dQ为：所以，流体通过整个截面的体积流量Q可对截面积F进行积分而求出，即：如果整个截面上流速相同质量流量可以用体积流量和流动流体的密度之积来表示。如果质量流量为G，流动流体的密度为，则：第4页/共62页如果体积流量为Q，质量流量为G，那么，在时间t内流体的通过体积V和通过质量M为：因此，如果流动为稳定流，流动流体的密度为一定的话，从式（6-5）可得V=Qt，从式（6-6）可得M=Gt，如果应用式（6-4）的关系对此进行整理，则：M=Gt=Qt=V6566通过体积V和通过质量M分别如用式（6-5）和（6-6）的关系所表示的那样，为体积流量和质

3、量流量的累积值，因此，把这样测量的V和M成为累积流量。以测量累积流量为主的流量计统称为累积流量计。第5页/共62页单位体积流量的单位为米3/小时、厘米3/秒质量流量的单位为千克/小时，克/小时。流速单位为米/小时，米/秒，厘米/秒等。体积流量和质量流量的累积值单位分别为米3、厘米3、升或吨、千克、克等。SCCM（Standard Cubic Centimeter per Minute）第6页/共62页流量级与流量测量技术节流流量级超声波流量级质量流量级第7页/共62页6-3-1节流流量计 节流流量计使用最多的流量计之一。炼钢、炼油厂80用该型流量计，整个工业界50。结构简单，安装方便，历史长，

4、有很可靠的实验数据第8页/共62页节流流量级测量原理节流流量计是利用节流装置前后的差压和平均流速或流量的关系，而根据差压测量值计算出流量的流量计必须掌握差压和流量之间的关系实际流动复杂，利用假定建立简单关系，从连续方程和伯努利方程出发第9页/共62页假定流过图1那样的节流装置的流动是稳定流，而且流体的粘度可以忽略，则有式中，是平均速度；p是静压；是流体的密度。如果在图6-1的AA截面与面积最小的截面BB处的压力、流速分别注上1、2图6-1，经过节流装置的流动另外，由于流动是稳定的，因此从截面AA流入的流体量与从截面BB流出的流体量必须相等的连续性方程成立：是a1截面AA的截面积；a2是截面BB

5、的截面积。第10页/共62页不可压缩流体：密度是常数，认为不变伯努利方程不可压消去速度v1，得到理论流量12第11页/共62页理论流量其中，差压节流孔径比节流装置的节流孔径与管道直径D的比把m叫做节流面积比。第12页/共62页可压缩流体流量测量对于可压缩流体，流体密度的变化不能忽略，由于流体的状态变化是绝热变化，因此对于密度可以用下面公式k是气体的比热比联立伯努利方程，得：代入消去v1第13页/共62页可压缩流体的理论流量：第14页/共62页（3）实际流体的流动与节流装置从伯努利方程出发，推导的流量计算工程，对实际流体不适合（1）实际流体有粘度（2）节流面积与流体实际面积不一致（3）压力取出位

6、置会有差异对流量计算公式进行修正第15页/共62页把节流件的最小截面面积记作F0，把a和F0的关系表示成：再把受流体粘度影响的前面导出的计算公式与实际流出的比记作，考虑到公式（6-20），则式（6-13A）变成：式（6-21）中和不是用理论方法求得的，另外用实验求得也是很困难的。根据这一道理把式（6-13A）求得的理论值与实际流量的比作为流出系数，有C是流出系数2122第16页/共62页和不可能从实验中求出，而（6-22）中的流出系数是容易测量的。比如用一个节流装置，假如用其它测量方法求出qm，根据测得的F0，p，就可以决定C值。对可压缩流体也一样，求出实际流体的计算公式。可压缩流体与非压缩流

7、体的最小面积是不同的，对气体，压力降的影响可以看成比液体的大。因此，若用：代入（6-20）有：23624第17页/共62页把（6-24）和（6-25）合并得到：625626627第18页/共62页式中，是气体膨胀修正系数，628气体膨胀修正系数也可以用实验方法求得，但后面叙述的喷嘴，文丘里管的x，xc大致等于1时与计算值几乎是一致的。这一点已经弄清，证明了可压缩流体流经节流件时的状态变化可以看成是绝热的假设。第19页/共62页式（22）和（27）是导出的最后计算公式，用下面定义的流量系数代替流出系数，可以表示为：（6-29）是流量系数；C是流出系数；E=渐近速度系数。流量系数也和流出系数一样可

8、以用实验求得。根据上面关系，只要一个确定了，另一个也可以计算了。第20页/共62页上述流量计算公式是用于计算体积流量qv，求质量流量时，可以用qm=qv的关系式 流量系数被表示成节流孔径比和雷诺数的函数。由于取压位置会多少会引起一些变化，所以，对不同的取压方式取不同的值。另外，把气体膨胀修正系数表示成和压力比及气体比热比k的函数。第21页/共62页（4）节流装置的种类 像前面所说的那样，节流流量计占流量计的绝大部分，因此，节流装置的种类非常多。然而，其中使用最多的是同心孔板，流量喷嘴和文丘里管三种，以这三种节流装置为中心进行说明。第22页/共62页节流流量计同心孔板：角接取压，法兰取压，D-取

9、压，缩流取压。流量喷嘴：ISA1932喷嘴，长圆喷嘴。文丘里管：喷嘴型文丘里管，圆锥型文丘里喷嘴。其他节流装置用于低雷诺数的节流装置，圆缺孔板，道尔管及其他。第23页/共62页孔板，流量喷嘴和文丘里管的特征各种节流装置在可以使用的管径、节流比方面是有限制的，在雷诺数方面也是有限制的。当必要的压差和流量低于孔板下限时，而用喷嘴测量则是可能的。对于同一个差压，孔板的压力损失是喷嘴或文丘里管的压力损失的4-6倍。后面叙述的节流装置的上流的必要的直管段长是圆锥型文丘里管最短。然而孔板的形状最简单，最便宜。由流体腐蚀性引起的流量系数变化，由于流入侧边缘变形的影响，对孔板的影响最大。喷嘴和文丘里管比较小。

10、根据实验系数的不确定度、上述特征选择合适流量计第24页/共62页6-4 孔板 形状孔板的形状示于图6-2，管内部分是以中心轴为圆心的圆，节流孔必须是同心圆。图6-2，孔板的形状A：上流断面；B：下流断面；C：上流侧边缘；H：孔板的厚度；e:边缘厚度；F：倾斜角；XX：孔板的旋中心轴第25页/共62页图6-2，孔板的形状1）上流断面A上流断面A是平的，连接该面内任意点的直线相对于中心轴垂直的线的倾角不得大于1%。对孔板有必要加工到在离中心轴1.5d（d是节流孔径）的范围内表面粗糙度不超过 。表面粗糙度是用峰谷之间的距离来表示。表面粗糙度对孔板的流量系数有直接的影响，粗糙时流动表面阻力大，压力降增

11、大，流量系数就变小。第26页/共62页图6-3，孔板表面粗糙度对流量的影响管径越小，粗糙度影响越大第27页/共62页2）下流断面B下流断面必须和上流断面平行，关于表面加工不必和上流断面那么精细。对平直度和表面粗糙度只要用目测就可以了。3）厚度E和e孔板边缘厚度e取0.005D与0.02D（D是管内径）之间的值。但节流孔径比小于0.2时，取0.005D与0.02D之间的值，另外在任意点上这一厚度不得超过0.001D。e的宽度变大时，流出系数有变大的趋势。孔板整个厚度E是取e和0.05D之间的值，孔板任意点之间的厚度差必须小于0.005D。孔板的厚度与流量系数之间的关系示于图4，随厚度的增加而减少

12、。测量高温流体时，为防止膨胀引起的变形必须用厚的板。各国ASME13有必要用表1给出的厚度第28页/共62页表6-1，高温流体用的最小板厚管 径（mm）流体温度（C）管 径（mm）流体温度（C）到320C320C以上到320C320C以上100以下1.5-3.06.0180-2503.0-8.013.0100-1803.0-5.010.0250以上3.0-13.013.0-20.04)角度F上述孔板厚度E和e厚时，把下游侧作图示那样的伞状的加工。其角度是30-40之间14，其面在加工时必须注意。当E的值小于0.02D时就没有必要进行加工。第29页/共62页图6-4第30页/共62页5）边缘G，

13、H和I上流边缘G和下流边缘H和I加工中不得有毛刺或伤疤，用目测必须无缺陷。特别是上流边缘G的状态由于对流量系数的影响大，用目测应无光线反射。若圆弧半径记作r，则边缘G的圆弧对流量系数的影响可以表示成是r/d的函数，现在发表的孔板流量系数是对应于r/d=0的值。根据研究这一影响的报告，有象图6-5所示的那样关系。根据这一关系，根据其它报告要影响小于0.1%，必须使边缘圆弧小于0.025%的d。由于这一影响是r/d的函数，因此，孔径越小，边缘锐角度的影响就越大。这一圆弧的测量非常困难，可以用复制边缘后进行测量。也可以用放大反射光线后进行检查的方法。第31页/共62页图6-5，孔板边缘圆弧的影响图6

14、-6，放水孔第32页/共62页6）孔径d孔径d是取任何位置上测量值的平均值。孔应该是圆形的，任意一个测量值与平均值的差不得超过0.05%。为使孔板能用于反向流的测量，两个面都必须满足前面关于表面加工，边缘等的要求。另外把孔板安装在水平管路上时，在孔板流有存水存气，造成不能正确地测量压差，为防止这种情况发生，在孔板靠近管壁处开一小孔，进行放水和放气。测量流体为气体时应开在上部，为液体时，应开在下部。孔的大小应小于孔板面积的1%17（图6-6）。第33页/共62页（2）取压方法 由上述孔板所产生的差压是随取压位置不同而不同。受孔板前后位置的影响，测得的差压有何变化的例子示于图6-7中。该图是以4英

15、寸和8英寸管路中离孔板上流面和下流面25毫米位置上的差压为标准，表示从这一点离开时，引起多大的差压变化。取压方法有几种，现举四种有代表性的方法。第34页/共62页图6-7，法兰取压孔位置与差压的变化情况第35页/共62页1）角接取压是测量孔板前后压力差的取压方法，作为具体的取压方法可用图6-8所示的环室取压和单独钻孔取压的任意一种，单独钻孔的孔径a或环室的宽a为：对清洁流体和蒸汽：；对于全部值，必须满足下面条件：对于清洁流体：对蒸汽，环室：对蒸汽，液化气，单钻孔：第36页/共62页环室或者全面与管哪连接或者至少有12平方毫米的面积，四个切口相连。单钻孔的中心轴尽可能与管路的测定轴成90，当设置

16、几个单钻孔时，各自的中心轴应彼此成等角度，另外，取压孔在两倍孔径的范围内应是圆筒形的。D：管内径a：单钻孔的孔径和狭缝宽f：狭缝的厚度j：连接导压管的孔径d：节流孔径XX：交接取压孔板的中心轴图6-8，角接取压孔板环室的直径b不得小于D，当用D和1.02D时，孔板上流的C值不得大于0.2D，孔板下流的C值不得大于0.5D，f值必须大于2a，圆环的端面积（），应大于连接管孔的总面积的二分之一，取压孔j是4-10毫米第37页/共62页2）法兰取压上流侧的取压孔设置在孔板上流端面毫米的地方，下流侧取压孔设置在离孔办下流端面毫米处。图9是安装的例子。取压孔的中心轴与管轴成直角，上流侧和小流侧取压孔径相

17、同，应小于0.08D，最好为6-12毫米。3）缩流取压上流侧的取压孔设置在孔板上端面0.9-1.1D的位置上，下流侧取压孔设置在离同一上流端面1.2D的数值位置上。关于取压孔的形状和法兰取压的情况一样。4）D和D/2取压上流侧的取压孔设置在孔板上端面0.9-1.0D的位置上，下流侧取压孔设置在离孔板下流端面0.45-0.55D的位置上19。管壁上设置上述的取压孔的2-3个实际例子示于图9，必须注意用于高温、高压时的结构形式。第38页/共62页图6-9，各种取压方法第39页/共62页表6-2，缩流取压口的下流取压口的位置下流取压口的位置下流取压口的位置0.10.150.20.250.30.350

18、.40.450.84D(10.30)0.82D(10.30)0.80D(10.30)0.78D(10.30)0.76D(10.30)0.73D(10.25)0.70D(10.25)0.67D(10.25)0.50.550.60.650.70.750.80.63D(10.20)0.59D(10.20)0.55D(10.15)0.50D(10.15)0.45D(10.10)0.40D(10.10)0.34D(10.10)第40页/共62页表6-3，角接取压的流量系数51031042104310451041051061070.00250.0030.0040.0050.010.020.030.040.

19、050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.200.210220.230.240.250.260.270.280.290.300.310.320.330.340.350.360.370.380.390.400.410.6030.6040.6050.6060.6110.6190.6270.6340.6000.6000.6010.6020.6060.6130.6200.6260.6320.6370.6430.6480.6530.6580.6630.6680.6740.6790.6840.6890.6950.7000.705

20、0.7100.7160.7210.7260.7310.7370.7420.7480.7530.7580.7630.7690.7750.7810.7860.7920.7980.5990.6000.6010.6020.6050.6110.6160.6210.6260.6310.6360.6410.6460.6500.6550.6590.6640.6680.6730.6770.6820.6870.6920.6960.7010.7050.7100.7140.7190.7230.7280.7330.7380.7430.7480.7530.7590.7640.7700.7750.7810.7860.792

21、0.7970.8040.5990.6000.6010.6020.6040.6080.6130.6180.6230.6270.6320.6360.6410.6450.6500.6540.6590.6630.6680.6720.6770.6810.6850.6890.6940.6980.7030.7070.7120.7160.7210.7260.7310.7350.7400.7450.7500.7550.7600.7650.7700.7750.7800.7860.7930.5980.5990.6000.6010.6030.6070.6120.6170.6220.6260.6300.6340.638

22、0.6420.6470.6510.6550.6590.6630.6670.6710.6750.6790.6830.6880.6920.6960.7000.7050.7090.7140.7180.7230.7270.7320.7360.7410.7450.7500.7550.7610.7660.7720.7770.7830.5980.5990.6000.6010.6030.6070.6120.6160.6200.6240.6280.6320.6360.6400.6440.6470.6510.6550.6590.6630.6670.6710.6750.6790.6830.6870.6910.695

23、0.6990.7030.7080.7120.7160.7200.7250.7290.7340.7380.7430.7480.7530.7570.7620.7670.7730.5980.5990.6000.6000.6020.6060.6110.6150.6190.6220.6260.6300.6340.6370.6410.6450.6490.6520.6560.6600.6640.6670.6710.6750.6790.6830.6870.6910.6950.6990.7030.7070.7110.7150.7190.7230.7280.7320.7360.7400.7440.7480.753

24、0.7570.7630.5970.5980.5990.5990.6020.6060.6100.6140.6180.6210.6250.6290.6330.6360.6400.6440.6480.6510.6550.6590.6630.6660.6700.6740.6780.6820.6850.6890.6930.6970.7010.7050.7090.7130.7170.7210.7250.7290.7330.7380.7420.7470.7510.7560.761表6-3，角接取压的流量系数第41页/共62页流量系数，膨胀修正系数和它们的预想误差 流量计算公式根据测量的差压计算流量时，必须知

25、道流量系数或流出系数和气体的膨胀修正系数。实验系数，实验人员做了大量的实验整理而成的。对环式取压、法兰取压和缩流取压可用JIS20给出的值；对D和D/2取压可用21所示的值。另外，这些值是用表示试验值的分散程度的预想误差来表示。预想误差定义为标准偏差的二倍。第42页/共62页1）角接取压的流量系数角接取压的流量系数由下式给定6-30是粗糙度修正系数，是管子粗糙度k/D和雷诺数ReD的函数，可以表示成6-31第43页/共62页表6-4，值4008001200160020002400280032000.11.0021.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0000.

26、10.21.0031.0021.0011.0001.0001.0001.0001.0001.0000.20.31.0061.0041.0021.0011.0001.0001.0001.0001.0000.30.41.0091.0061.0041.0021.0011.0001.0001.0001.0000.40.51.0141.0091.0061.0041.0021.0011.0001.0001.0000.50.61.0201.0131.0091.0061.0031.0021.0001.0001.0000.60.641.0241.0161.0111.0071.0041.0021.0021.000

27、1.0000.64值第44页/共62页表6-5，管内壁粗糙度k值的参考值材质管内壁的状况(mm)黄铜、铜、铝塑料、玻璃无附着物，光滑管0.03钢新冷拔无缝钢管新热拉无缝钢管新扎制无缝钢管新纵缝焊接管螺旋焊接管轻微锈蚀钢管锈蚀钢管硬皮锈蚀管严重起皮钢管涂沥青的新钢管一般涂沥青钢管镀锌钢管20.03-0.050.10-0.200.13铸铁新铸铁管锈蚀铸铁管起皮铸铁管涂沥青的新铸铁管0.251.0-1.51.50.10-0.15注：k值表示管壁粗糙度的尺度，用长度单位。第45页/共62页2）角接取压的膨胀修正系数对角接取压的膨胀修正系数用下面的实验公式给定3）角接取压的系数的预想误差当用毫米为单位表

28、示管内径时，角接取压的流量系数的预想误差可以表示为：第46页/共62页4）法兰取压的流量系数管内径用毫米为单位表示时，法兰取压的流量系数用下式表示式中，635法兰取压的流量系数是，ReReD D的函数，也是D的函数。第47页/共62页5）法兰取压的膨胀修正系数若把差压和绝对压力的比值x和比热比k的比记作X=x/k=，则膨胀系数可以表示为：对于，D，ReD及D/k，在定义流量系数的范围内这个公式才有效，同时有的条件，该式与角接取压相同是针对空气的实验公式，但也适合于其它气体。第48页/共62页6）法兰取压系数的预想误差当，D，ReD等没有误差时，流量系数的预想误差可以表示为：第49页/共62页7

29、）缩流取压的流量系数管径D用毫米表示时，流量系数可以表示为式中，的适用范围为0.1-0.8，其它与法兰取压相同（D/k1000，D在50毫米与760毫米之间）。同样，雷诺数也有范围限制，式（6-37）发现，缩流取压的流量系数也是，D，ReD的函数。第50页/共62页8）缩流取压的膨胀修正系数气体膨胀的修正系数与法兰取压相同，可以表示为：6389）缩流取压的预想误差当，D，ReD等没有误差时，流量系数的预想误差可以表示为：第51页/共62页10）D和取压的流出系数24把流出系数记作C，可以表示为：11）D和取压的膨胀修正系数与缩流取压和法兰取压相同，可以表示为：（6-40）12）D和取压的系数的

30、预想误差当，D，ReD等没有误差时，取下列值：0.6%又，膨胀修正系数的预想误差第52页/共62页（4）压力损失 由于管路中安装了孔板，因而产生压力损失。不受装入孔板的上流静压和孔板下流压力充分恢复的位置上的静压的差称作压力损失。用 表示，用 表示测量差压时，则：（6-41）第53页/共62页6-5 ISA1932喷嘴 在流入段面有一个受1.5d（d为喉径）和管径D所限制的平面部分。对喉径d=2D/3，该平面部分为零，当d2D/3时，则在管内没有平面部分。这时，象图10（b）所示那样把最大直径加工到等于D。A：平面部分；B：喷嘴入口圆弧部；C：喷嘴入口圆弧部；D：管道直径；E：圆筒部；F：边缘

31、保护槽；H：厚度；XX：喷嘴的中心轴ISA1932喷嘴第54页/共62页（2）取压孔及其它对ISA1932喷嘴，取压方法规定为角接取压方式，另外关于安装和测量部分的管路条件与孔板的有关规定相同。（3）流量系数，膨胀修正系数及其预想误差ISA1932喷嘴的流量系数用下式表示：的值是 和ReD的函数，可以查表。的范围为0.01-0.41；管径D在50-1000毫米，同时对雷诺数也要求在规定的范围内。修正系数可以表示为：（6-42）第55页/共62页6-6 转子流量计 转子流量计（图6-11）也叫浮子流量计，它是一种利用流体流动的节流原理进行流量测量的仪表。图6-11转子流量计示意图差压式流量计：节

32、流元件的开孔面积不变，测量差压的变化来求取流量；（节流变压降流量计）转子式流量计：差压恒定，利用转子（浮子）位移产生的流通截面的变化来测量流量。（恒压降变截面流量计。）第56页/共62页假设转子位于某一高度h时，处在受力平衡状态。其中，向上的作用力为向下的作用力为：为比例系数（与转子形状、流体的粘度等有关根据转子的受力平衡条件因此，通过锥管和转子之间环形流通截面的流量为：转子流量计的流量系数第57页/共62页上面两个方程即为转子流量计的流量方程。其中环形截面面积Ah随流量变化而变化，它与转子位置高度h之间的关系为：式中，分别是转子处于初试位置（流量为零）和平衡高度h时对应的锥管直径，dz为转子

33、最大直径；为锥管的半锥角。第58页/共62页三、转子流量计的量程选择和流量读数修正 转子流量计是一种需经标定方可使用的仪表。测量液体流量的转子流量计用常温、常压下的水来标定；测量气体流量的转子流量计，则用常温、常压下的空气来标定。为偏于比较流量大小和量程范围，仪表制造厂一般都将标定后的流量值换算为标准大气压下的流量值进行仪表刻度。因此，转子流量计的刻度一般是指标定用流体在标准大气压下的流量。第59页/共62页，液体流量值的修正方法当被测流体是液体，但不是水，起密度和粘度均与水不同时，如果不能用实际的被测液体进行标定，则可应用下列式子对流量计的测量读书进行修正：0:标定条件下参数1：工作条件下参数流量系数，密度等第60页/共62页2，气体流量值的修正气体的密度受温度、压力的变化影响比液体大得多，因此，当被测气体的种类或其状态参数相对于流量计标定用气体（空气）发生变化时，都需要对流量的测量读数进行修正。修正时，通常可以忽略气体的粘度对流量系数的影响，即：其中密度修正系数 压力修正系数 温度修正系数第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页