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1、关于流量测量及仪表第1页，讲稿共66张，创作于星期二第一节 流量测量概述 n一、流量的概念及单位一、流量的概念及单位n1流量测量的意义：安全性、经济性流量测量的意义：安全性、经济性n2流量的概念流量的概念n瞬时流量瞬时流量n累积流量累积流量n平均流量平均流量n质量流量质量流量n体积流量体积流量第2页，讲稿共66张，创作于星期二u流量流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。面处的数量。质质量量流流量量：是是单单位位时时间间内内通通过过的的流流体体质质量量，用用qm表示，单位为表示，单位为kg/s。体体积积流流量量：是是单单位位时时间间内内通通过
2、过的的流流体体体体积积，用用qV表示，单位为表示，单位为m3/s。第3页，讲稿共66张，创作于星期二质质量量流流量量是是表表示示流流量量的的最最好好方方法法。它它们们之间可以互相换算。之间可以互相换算。n质量流量和体积流量有下列关系：质量流量和体积流量有下列关系：nqm=qv第4页，讲稿共66张，创作于星期二u流量有瞬时流量和累积流量之分。流量有瞬时流量和累积流量之分。u所所谓谓瞬瞬时时流流量量，是是指指在在单单位位时时间间内内流流过过管管道道或或明明渠渠某某一截面的流体的量。一截面的流体的量。u所所谓谓累累积积流流量量，是是指指在在某某一一时时间间间间隔隔内内流流体体通通过过的的总总量量。该
3、该总总量量可可以以用用在在该该段段时时间间间间隔隔内内的的瞬瞬时时流流量量对对时时间的积分而得到，所以也叫积分流量。间的积分而得到，所以也叫积分流量。u累积流量除以流体流过的时间间隔，即为累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量平均流量。第5页，讲稿共66张，创作于星期二二、二、流量测量的方法及流量计流量测量的方法及流量计的分类的分类u流量测量方法：流量测量方法：1速度式流量计速度式流量计直接测出管道内流体的流速直接测出管道内流体的流速v，以此作为流量测量的依据。，以此作为流量测量的依据。2.容积式流量计容积式流量计通过测量单位时间内经过流量通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容
4、积仪表排出的流体的固定容积V的数目来实现。的数目来实现。3.质量式流量计质量式流量计通过直接或间接的方法测量单位时通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量间内流过管道截面的流体质量m。第6页，讲稿共66张，创作于星期二流量测量仪表分类：工工业业上上常常用用的的流流量量计计，按按其其测测量量原原理理分分为为以以下下四四类：类：1差差压压式式流流量量计计：主主要要利利用用管管内内流流体体通通过过节节流流装装置置时时，其其流流量量与与节节流流装装置置前前后后的的压压差差有有一一定定的的关关系系。属属于于这这类类流量计的有标准节流装置等。流量计的有标准节流装置等。2速速度度式式流流量量
5、计计：主主要要利利用用管管内内流流体体的的速速度度来来推推动动叶叶轮轮旋旋转转，叶叶轮轮的的转转速速和和流流体体的的流流速速成成正正比比。属属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等。于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等。第7页，讲稿共66张，创作于星期二3容容积积式式流流量量计计：主主要要利利用用流流体体连连续续通通过过一一定定容容积积之之后后进进行行流流量量累累积积的的原原理理。属属于于这这类类流流量量计计的的有有椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计和和腰腰轮轮流流量计。量计。4其它类型流量计其它类型流量计：如电磁流量计、涡街：如电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计、质量式流量计等。流量计
6、、超声波流量计、质量式流量计等。第8页，讲稿共66张，创作于星期二第9页，讲稿共66张，创作于星期二第二节第二节 差压式流量计差压式流量计u差压式流量测量方法，是根据伯努利方差压式流量测量方法，是根据伯努利方程提供的基本原理，通过测量流体差压程提供的基本原理，通过测量流体差压信号来反映流体流量的测量方法。信号来反映流体流量的测量方法。u差压式流量计差压式流量计第10页，讲稿共66张，创作于星期二差压式流量计差压式流量计u差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压号的节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压
7、的差压计组成。的差压计组成。u差压式流量计由一次装置和二次装置组成一次差压式流量计由一次装置和二次装置组成一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量中，产生与流量(流速流速)成比例的压力差，供二次装成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。进行显示。u标准孔板、喷嘴、文丘利喷嘴、文丘利管标准孔板、喷嘴、文丘利喷嘴、文丘利管第11页，讲稿共66张，创作于星期二1.差压式流
8、量计工作原理及流量基本公式第12页，讲稿共66张，创作于星期二损失第13页，讲稿共66张，创作于星期二n临界临界n雷诺数雷诺数第14页，讲稿共66张，创作于星期二适用于可压缩流体及不可压缩流体第15页，讲稿共66张，创作于星期二例题n已知某节流装置最大流量已知某节流装置最大流量100t/h时，产时，产生的差压为生的差压为40kPa。试求差压计在。试求差压计在10、20、30kPa时，分别流经节流装置的流时，分别流经节流装置的流量为多少量为多少t/h？。？。第16页，讲稿共66张，创作于星期二解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（pX）1/2设qm=100t/h，pm=40
9、kPa。则由节流公式得pX=10 kPa时，q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h)pX=20 kPa时，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h)pX=30 kPa时，q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h)答：略。第17页，讲稿共66张，创作于星期二三、差压式流量计的组成和标三、差压式流量计的组成和标准节流装置准节流装置n标准节流装置只适用于测量直径大于50mm的圆形截面管道中的单相、均质流体的流量。要求流体充满管道，在节流件前后一定距离内不发生流体相变或析出杂质现象；流速小于音速；流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，其流束与管道轴线平行，不
10、得有旋转流。第18页，讲稿共66张，创作于星期二（一）标准节流件（一）标准节流件标准孔板可采用角接取压、法兰取压第19页，讲稿共66张，创作于星期二（一）标准节流件（一）标准节流件标准喷嘴采用角接取压第20页，讲稿共66张，创作于星期二(二)取压装置 环形间隙环室引压孔第21页，讲稿共66张，创作于星期二（三）测量管段 在节流件前后有一段足够长的直管段在节流件前后有一段足够长的直管段前：标准节流装置要求在节流件上游侧前：标准节流装置要求在节流件上游侧1D长度处的管截面形成流体典型紊流流速长度处的管截面形成流体典型紊流流速分布的状态分布的状态后：节流件下游侧的阻力件不影响流束的后：节流件下游侧的
11、阻力件不影响流束的正常恢复。正常恢复。第22页，讲稿共66张，创作于星期二四、节流装置的设计和计算（1）设计命题已知管道内径及现场布置情况，已知流体的性质和工作参数，给出流量测量范围，标准节流装置。为此要进行以下几个方面的工作：选择节流件型式，选择差压计型式及量程范围；计算确定节流件开孔尺寸，提出加工要求；建议节流件在管道上的安装位置；估算流量测量误差。第23页，讲稿共66张，创作于星期二（2）校核计算已知管道内径及节流件开孔尺寸d、取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据差压值计算流量。第24页，讲稿共66张，创作于星期二五、差压式流量计的安装五、差压式流量计的安装1节流件上下游侧直管段长
12、度的要求l1和l2取决于上下游阻力件的形式和值。第25页，讲稿共66张，创作于星期二第26页，讲稿共66张，创作于星期二本规程提供的0值是在节流件前有很长直管段条件下得到的但是，当保证括号外数值的直管段时不必附加任何误差若实际的直管段长度有一个大于括号内的数值而小于括号外的数值时，需按“附加极限相对误差为0.5”处理。第27页，讲稿共66张，创作于星期二2节流件的安装要求安装节流件时必须注意它的方向性，不能装反。例如孔板，安装时必须使孔板的直角入口侧迎向流体的流向。节流件安装在管道中时，要保证其前端面与管道轴线垂直，偏差不超过10；还要保证其孔中心轴与管道同轴，不同心度不应超过0.015D(1
13、/-1)。第28页，讲稿共66张，创作于星期二标准节流装置的配套仪表n双波纹管差压计n膜盒式差压计n差压变送器第29页，讲稿共66张，创作于星期二n差压计一般都装有五只阀门，其中两只差压计一般都装有五只阀门，其中两只作隔离阀，一只作平衡阀，打开平衡阀作隔离阀，一只作平衡阀，打开平衡阀可检查差压计的零点，另两只是用于冲可检查差压计的零点，另两只是用于冲洗信号管路和现场校验差压计洗信号管路和现场校验差压计第30页，讲稿共66张，创作于星期二3差压计信号管路的安装(1)测量液体流量的信号管路测量液体流量的信号管路气体收集器气体收集器(2)测量蒸汽流量时的信号管路测量蒸汽流量时的信号管路凝结容器凝结容
14、器(3)测量气体流量时的信号管路测量气体流量时的信号管路集水器集水器第31页，讲稿共66张，创作于星期二六、差压式流量计的使用六、差压式流量计的使用n1概述概述n2差压式流量计使用注意事项差压式流量计使用注意事项第32页，讲稿共66张，创作于星期二补充：一体化节流式流量计 第33页，讲稿共66张，创作于星期二第三节第三节超声波流量计超声波流量计n一、超声波及其在检测中的工作原理一、超声波及其在检测中的工作原理n超声波是指振动频率大于超声波是指振动频率大于20kHz以上的以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（了人耳听觉的上限（20000Hz
15、），人们），人们将这种听不见的声波叫做超声波。将这种听不见的声波叫做超声波。第34页，讲稿共66张，创作于星期二二、超声波检测技术在流量测二、超声波检测技术在流量测量中的应用量中的应用n优点：优点：n大管径流量测量仪表大管径流量测量仪表n一台仪表可适应多种管径测量和多种流一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量量范围测量n测量准确度几乎不受被测流体温度、压测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响力、粘度、密度等参数的影响第35页，讲稿共66张，创作于星期二超声波流量计的测量原理n超声波在流动介质中传播时，其传播速超声波在流动介质中传播时，其传播速度与在静止介质中传播速度
16、不同，其变度与在静止介质中传播速度不同，其变化量与介质流速有关。测得这一变化量化量与介质流速有关。测得这一变化量就能求得介质的流速，进而求出流量。就能求得介质的流速，进而求出流量。第36页，讲稿共66张，创作于星期二n顺流：顺流：c+un逆流：逆流：c-u第37页，讲稿共66张，创作于星期二第38页，讲稿共66张，创作于星期二n顺流：顺流：1-2，3-4逆流：逆流：2-3，1-4第39页，讲稿共66张，创作于星期二四、相位差法第40页，讲稿共66张，创作于星期二五、频率差法第41页，讲稿共66张，创作于星期二第四节第四节智能流量计智能流量计n差压n压力n温度第42页，讲稿共66张，创作于星期二
17、第五节第五节 其他流量计其他流量计一、电磁流量计电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表。第43页，讲稿共66张，创作于星期二p107第44页，讲稿共66张，创作于星期二EC1BDv n式中式中E-感应电动势，感应电动势，VnB-磁感应强度磁感应强度,TnD-测量管内径，测量管内径，mnv-平均流速，平均流速，m/s。nC1-系数；系数；nE即流量信号，即流量信号，;n设液体的体积流量为设液体的体积流量为qv，则，则E=Kqvn式中式中K为仪表常数，为仪表常数，nK=4C1B/D。第45页，讲稿共66张，创作于星期二测量条件满足：n磁场是均匀分布的恒定磁场；磁场
18、是均匀分布的恒定磁场；n被测流体的流速轴对称分布；被测流体的流速轴对称分布；n被测液体是非磁性的；被测液体是非磁性的；n被测液体的电导率均匀且各向同性。被测液体的电导率均匀且各向同性。第46页，讲稿共66张，创作于星期二第47页，讲稿共66张，创作于星期二2基本结构 第48页，讲稿共66张，创作于星期二3基本特点n无可动部件和插入管道的阻流件，所以压力损失极无可动部件和插入管道的阻流件，所以压力损失极小，直管段要求低。小，直管段要求低。n可用于测量脉动流、双相流以及灰浆等含固体颗粒可用于测量脉动流、双相流以及灰浆等含固体颗粒的液体流量的液体流量n电磁流量计不受温度、压力、粘度等外界因素的电磁流
19、量计不受温度、压力、粘度等外界因素的影响影响n准确度高准确度高n电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽第49页，讲稿共66张，创作于星期二n被测流体必须是导电的，不能用于测量被测流体必须是导电的，不能用于测量气体、蒸汽、石油制品等气体、蒸汽、石油制品等n被测介质温度：被测介质温度：n普通橡胶衬里：普通橡胶衬里：-20+60；n高温橡胶衬里：高温橡胶衬里：-20+90n聚四氟乙稀衬里：聚四氟乙稀衬里：-30+100；n高温型四氟乙稀衬里：高温型四氟乙稀衬里：-30+180；第50页，讲稿共66张，创作于星期二二、直接式质量流量计 n间接式质量流量计间接式
20、质量流量计n直接式质量流量计直接式质量流量计n间接式间接式:采用密度或温度、压力补偿的办采用密度或温度、压力补偿的办法法n直接式直接式:科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计第51页，讲稿共66张，创作于星期二第52页，讲稿共66张，创作于星期二特点：n1)基于直接质量测量的原理基于直接质量测量的原理n2)可以测量多种液体和浆液，也可以用可以测量多种液体和浆液，也可以用于多相流测量于多相流测量n3)可以测量多种参数，包括温度、密度、可以测量多种参数，包括温度、密度、浓度等浓度等n4)并不需要直管段整流并不需要直管段整流n5)测量更加精准，且不易毁坏测量更加精准，且不易毁坏第53页，讲稿共66张，
21、创作于星期二第六节 流量计的检定 p109n一、流量计的校验方法一、流量计的校验方法n直接测量法直接测量法n间接测量法间接测量法第54页，讲稿共66张，创作于星期二二、流量计校验二、流量计校验第55页，讲稿共66张，创作于星期二涡轮流量计涡轮流量计n在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号第56页，讲稿共66张，创作于星期二特点n*高精确度高精确度n*输出脉冲频率信号，适于总量计量及与计算机输出脉冲频率信号，适于总量计量及与计算机连接连接n*结构紧凑轻巧，安装维护方便结构
22、紧凑轻巧，安装维护方便n难以长期保持校准特性，需要定期校验。难以长期保持校准特性，需要定期校验。n流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大影响。流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大影响。n传感器上下游侧需设置较长的直管段传感器上下游侧需设置较长的直管段n对被测介质的清洁度要求较高对被测介质的清洁度要求较高第57页，讲稿共66张，创作于星期二涡街流量计 n在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街，如图为卡门涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游所示。旋涡列在
23、旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来，被测介质来流的平均速度为流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为，旋涡发生体迎面宽度为d，有，有如下关系式如下关系式f=Sru/d式中式中U1-旋涡发生体两侧平均流速，旋涡发生体两侧平均流速，m/s；Sr-斯特劳哈尔数；斯特劳哈尔数；n在一定在一定ReD范围内，范围内，Sr可视为常数可视为常数第58页，讲稿共66张，创作于星期二特点n优点优点:n可测量液体、气体和蒸汽的流量可测量液体、气体和蒸汽的流量n量程宽、精度高量程宽、精度高n结构简单，无运动件，可靠，耐用结构简单，无运动件，可靠，耐用n压损小压损
24、小n缺点缺点:n不适用于低雷诺数测量不适用于低雷诺数测量;n需较长直管段需较长直管段;第59页，讲稿共66张，创作于星期二其他差压式流量计其他差压式流量计 1.转子流量计 转子流量计具有结构简单、使用方便、价格便宜、量程比大、刻度均匀、直观性好等特点，可测量各种液体和气体的体积流量，并将所测得的流量信号就地显示或变成标准的电信号或气信号远距离传送。转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管及支撑连接部分组成。第60页，讲稿共66张，创作于星期二第61页，讲稿共66张，创作于星期二第62页，讲稿共66张，创作于星期二2.动压平均管第63页，讲稿共66张，创作于星期二 叶轮式流量计叶轮式流量计一、水表切线流叶轮式、竖式叶轮式、轴流式叶轮式湿式水表、干式水表第64页，讲稿共66张，创作于星期二容积流量计容积流量计u工作原理：在一定容积的空间里充满的液体，随流量计内部的运动元件的移动而被送出出口，测量这种送出流体的次数就可以求出通过流量计的流体体积。第65页，讲稿共66张，创作于星期二感谢大家观看第66页，讲稿共66张，创作于星期二