流量检测仪表课件.ppt

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1、关于流量检测仪表第1页，此课件共46页哦4.1 流量概述流量概述总总(流流)量量或累积流量：在某一段时间内流过管道横截面的流体的或累积流量：在某一段时间内流过管道横截面的流体的总和。它是瞬时流量对时间的积分或积累。总和。它是瞬时流量对时间的积分或积累。流量流量：是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为：是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为瞬时瞬时(平均平均)流量。有流量。有体积流量体积流量和和质量流量质量流量之分。之分。（1）体体积积流流量量qv 单单位位时时间间内内通通过过某某截截面面的的流流体体的的体体积积，单单位位为为m3/s。根据定义，体积流量可用下式表

2、示：。根据定义，体积流量可用下式表示：式中，式中，v为截面为截面A中某一面积元中某一面积元dA上的流速。上的流速。常用单位有：第2页，此课件共46页哦 （2）质质量量流流量量qm 单单位位时时间间内内通通过过某某截截面面的的流流体体的的质质量量，单单位位为为kg/s。根据定义，质量流量可用下式表示：。根据定义，质量流量可用下式表示：则有 qm=qv=vA 单位有：(3)流体总量流体总量 即瞬时流量对时间的积分，称之流体总量。即瞬时流量对时间的积分，称之流体总量。用来测量流量的仪表统称为用来测量流量的仪表统称为流量计流量计。测。测量总量的仪表称为流体计量表或量总量的仪表称为流体计量表或总量表总量

3、表。第3页，此课件共46页哦 流量仪表的分类流量仪表的分类 速度式速度式:速度式流量传感器大多是通过测量流体在管路内已知速度式流量传感器大多是通过测量流体在管路内已知截面流过的流速大小来实现流量测量的。截面流过的流速大小来实现流量测量的。容积式容积式:容积式流量传感器是根据已知容积的容室在单位时间容积式流量传感器是根据已知容积的容室在单位时间内所排出流体的次数来测量流体的瞬时流量和总量的。内所排出流体的次数来测量流体的瞬时流量和总量的。如：如：差压式、电磁式、涡轮式、涡街式、超声波式差压式、电磁式、涡轮式、涡街式、超声波式 质量式：质量式：直接法：科里奥利质量流量计、热式直接法：科里奥利质量流

4、量计、热式间接法：温度、压力自动补偿式质量流量测量系统、间接法：温度、压力自动补偿式质量流量测量系统、体积流量和密度计组合式质量流量测量系统体积流量和密度计组合式质量流量测量系统第4页，此课件共46页哦 利利用用管管路路内内的的节节流流元元件件，改改变变流流束束流流动动状状态态,通通过过测测量量节节流流件件前、后压力差来实现确定流量。前、后压力差来实现确定流量。4.24.2差差 压压 式式 流流 量量 计计节流装置：是把被测流体的流量转换成压差信号主要由节流装置和差压计（或差压变送器）。主要由节流装置和差压计（或差压变送器）。差压计：则对压差信号进行测量并显示测量值常用的节流元件:孔板、喷嘴、

5、文丘里管。(b)喷嘴(c)文丘里管(a)孔板第5页，此课件共46页哦差压式流量传感器流量测量系统差压式流量传感器流量测量系统 第6页，此课件共46页哦节流件前后流速和压力分布情况节流件前后流速和压力分布情况能量形式的转换能量形式的转换截面截面A和节流件开孔和节流件开孔截面截面A0的流体量相同的流体量相同截面截面A的速度的速度v1截面截面A的速度的速度v2v2 v1动压能和静压能发生变化动压能和静压能发生变化能量守恒定律能量守恒定律孔板前后出现了静压差孔板前后出现了静压差静压差静压差流速和流量流速和流量第7页，此课件共46页哦在国家标准规定的使用极限范围内在国家标准规定的使用极限范围内,根据该标

6、准所提供的数据和要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求进行设计、制造和安装使用的节流件,称为标准节流装置称为标准节流装置 文丘利管压力损失文丘利管压力损失最小，而孔板压力最小，而孔板压力损失最大。损失最大。文丘利管文丘利管孔板孔板 喷嘴喷嘴第8页，此课件共46页哦差压式流量计是通过测量节流件前后压力差p来实现流量测量的，而压力差 p的值与取压孔位置和取压方式紧密相关。节流装置的取压方式有以下5种。取取 压压 方式方式标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即角接取压装标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即角接取压装置和法兰取压装置。其中置和法兰取压装置。其

7、中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。压仅用于孔板。节流装置的取压方式节流装置的取压方式1-1角接取压；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。第9页，此课件共46页哦(1)角接取压角接取压:上下游取压管上下游取压管位于孔板位于孔板(或喷嘴或喷嘴)的的前后端面处前后端面处。角接。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图取压包括单独钻孔和环室取压。如图6-5中中ll位置。位置。第10页，此课件共46页哦(2)法兰取压：法兰取压：上下游侧取压孔上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面

8、之间的距离的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为均为25.40.8mm（1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图6-5中中22位置位置法兰取压法兰取压第11页，此课件共46页哦(5)管接取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为2.5Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为8Dm如图中的55位置该方法使用很少(4)理论取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为l Dm0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因 值不同而异。该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离。如图中的44位置。(3)径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游

9、端面的距离为1Dm0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔极下游端面的距离为0.5Dm。如图37中的3.3位置（Dm管道直径）第12页，此课件共46页哦流流束束最最小小截截面面在在-截截面面处处。对对于于不不可可压压缩缩的的理理想想流流体体，节节流流件件前前后后的的流流体体密密度度相相等等(1=2=)。当当忽忽略略压压头头损损失失 时时，根根据据伯努利方程，在两截面伯努利方程，在两截面、处管中心流体的能量方程为：处管中心流体的能量方程为：4.2.2 差压式流量计工作原理差压式流量计工作原理设设-截面时管中心的流速为截面时管中心的流速为v1，静压为，静压为 ，密度为，密度为1，-截面时管中心的流速为截

10、面时管中心的流速为v2、静压为、静压为 ，密度为，密度为2，假定流体的流速是均匀一致的，则由上式可得假定流体的流速是均匀一致的，则由上式可得：(1)(2)第13页，此课件共46页哦由于流体流动的连续性，由于流体流动的连续性，则则 A1V1=A2V2 A1为-截面的流通面积；A2为-截面流束的流通面积。(3)被被测测流体的体流体的体积积流量流量 为：令流量系数与节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。第14页，此课件共46页哦 配用差压计显示流量时，流量标尺是非线性的。配用差压流量变送器时，变送器的输出电流就与流量成线性关系。差压流量计上限的系

11、列有：差压流量计上限的系列有：1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.3、8.010 n第15页，此课件共46页哦4.2.3标准节流装置的使用条件 流体必须充满流体必须充满圆管圆管，连续地流过管道。只适于测量圆形截面管，连续地流过管道。只适于测量圆形截面管道内的流体道内的流体,流束应与管轴流束应与管轴平行平行，不得有旋转流或旋涡。在进行流量测量时，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管道内流体的流动应是稳定稳定的。的。流体流量基本上不随时间而变化流体流量基本上不随时间而变化,或者变化是非常或者变化是非常缓慢缓慢的。的。流体可以是可压缩的气体或

12、不可压缩的流体；但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不适于脉动流与临界流。流。流体必须是牛顿流体流体必须是牛顿流体,在物理学和热力学上是在物理学和热力学上是单相的单相的,均匀的或者可均匀的或者可认为是单相的认为是单相的,且流经节流装置时不发生相变。且流经节流装置时不发生相变。节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时,必须标定后必须标定后才能安装使用。才能安装使用。第16页，此课件共46页哦4.2.4 标准节流装置的安装 阻力件的存在，将会严重扰乱流束的分布状态，引起流出系数阻力件的存在，将会严重扰乱流束的分布状态，引起流

13、出系数C C的变化。因此在节流件上下游侧都必须有足够长度的直管段。的变化。因此在节流件上下游侧都必须有足够长度的直管段。L0213局部阻力件局部阻力件 1、2上游侧只有一个局部阻力件上游侧只有一个局部阻力件1，则直管段就只需，则直管段就只需 L1及及L2第17页，此课件共46页哦4.2.5 使用节流装置应注意的问题使用节流装置应注意的问题 1)被测流体参数的变化被测流体参数的变化 当流体参数偏离不大时，对流量方程式中系数当流体参数偏离不大时，对流量方程式中系数 、C、d的影响小的影响小,可只可只考虑密度的变化。在相同的压差下，密度变化的修正公式为：考虑密度的变化。在相同的压差下，密度变化的修正

14、公式为：或式中：式中：和和-设计条件下的流体体积流量和质量流量，即流量计的设计条件下的流体体积流量和质量流量，即流量计的显示值显示值；和和-实际使用条件下的流体体积流量和质量流量实际使用条件下的流体体积流量和质量流量,实际值实际值；和和-设计条件下和实际使用条件下的流体密度。设计条件下和实际使用条件下的流体密度。第18页，此课件共46页哦对于一般气体，修正公式为对于一般气体，修正公式为或 式中式中:设计条件和使用条件下的设计条件和使用条件下的气体绝对压力气体绝对压力；设计条件下的设计条件下的气体绝对温度气体绝对温度：第19页，此课件共46页哦例例1：有一节流式流量计，用于测量水蒸汽流量，设计时

15、的水蒸汽密度为：有一节流式流量计，用于测量水蒸汽流量，设计时的水蒸汽密度为=8.93kg/m3。但实际使用时被测介质的压力下降，使实际密度减小。但实际使用时被测介质的压力下降，使实际密度减小为为=8.12kg/m3。试求当流量计的读数为。试求当流量计的读数为8.5kg/s时，实际流量是多时，实际流量是多少？由于密度的变化使流量指示值产生的相对误差为多少？少？由于密度的变化使流量指示值产生的相对误差为多少？解：当密度变化时，实际流量可按下式求得：解：当密度变化时，实际流量可按下式求得：kg/s相对误差为：相对误差为：第20页，此课件共46页哦4.3.1 工作原理工作原理当被测流体垂直于磁力线方向

16、流动而当被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，如图所示，切割磁力线时，如图所示，根据右根据右手定则，在与流体流向和磁力线垂直手定则，在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势方向上产生感应电势Ex（伏）为（伏）为:Ex=BDV10-8,V B-磁感应强度，磁感应强度，Wbm2 4.3 电磁流量计电磁流量计该感应电势大小与磁感应强度、该感应电势大小与磁感应强度、管管径大小、流体流速大小有关径大小、流体流速大小有关第21页，此课件共46页哦体积流量体积流量qv与流体流速与流体流速v的关系为的关系为 可得可得 式中，式中，K为仪表常数，为仪表常数，B、D固固定定不不变变，则则K为为常常数数，E

17、x与与流流量量qv成成线线性性关关系系，通通过过测测量量感感应应电动势电动势Ex来间接测量被测流体的流量来间接测量被测流体的流量qv值。值。第22页，此课件共46页哦在半个周期内，磁场是恒稳的直流磁场，它具有直流励磁的特点，受电磁干扰影响很小。从整个时间过程看，方波信号又是一个交变的信号，所以它能克服直流励磁易产生的极化现象因此，低频方波励磁是一种比较好的励磁方式，目前已在电磁流量计上广泛的应用低频方波励磁低频方波励磁 (a)交流励磁 (b)矩形波(2值)励磁 (c)矩形波(3值)励磁 (d)双频矩形波励磁第23页，此课件共46页哦4.4超声波流量计超声波流量计声波在静止流体中的传播速度与流动

18、流体中的传播速度不同。超声波的接收和发射称换能器，换能器既可兼作声波的收和发，也可以分开进行。当前封闭管道用当前封闭管道用USF主要是传播时间法和多主要是传播时间法和多普勒效应法普勒效应法第24页，此课件共46页哦直式安装直式安装斜插式安装斜插式安装多普勒流量计 第25页，此课件共46页哦流量测量原理流量测量原理 在被测管道上下游的一定距离上，分别安装在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（两对超声波发射和接收探头（F F1 1，T T1 1）、）、（F F2 2，T T2 2），其中），其中F F1 1，T T1 1的超声波是顺流传播的超声波是顺流传播的，而的，而F

19、F2 2，T T2 2的超声波是逆流传播的。由于的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的量两接收探头上超声波传播的时间差时间差 t t，可，可得到流体的平均速度及流量。得到流体的平均速度及流量。第26页，此课件共46页哦f1 f2通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。在单通道在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射射出一个脉冲，

20、这样以一定频率重复发射，对于顺流和逆流重复发，对于顺流和逆流重复发射频率为：射频率为：第27页，此课件共46页哦第28页，此课件共46页哦 发射、接收探头发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧也可以安装在管道的同一侧第29页，此课件共46页哦多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。标和静止的换能器之间的相对速度。多普勒法多普勒法多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量.多普勒效应是

21、奥地利物理学家多普勒效应是奥地利物理学家 Christian Doppler 1842年发现的，通过运动火车的鸣笛声年发现的，通过运动火车的鸣笛声音的高低与火车的速度有关系音的高低与火车的速度有关系.当单色光束入射到运动体上某点时，光波在该点被运动体散射，散当单色光束入射到运动体上某点时，光波在该点被运动体散射，散射光频率与入射光频率相比，产生了正比于物体运动速度的频率偏射光频率与入射光频率相比，产生了正比于物体运动速度的频率偏移，称为移，称为多普勒频移多普勒频移。第30页，此课件共46页哦1)流速方程式流速方程式多普勒频移正比于散射体多普勒频移正比于散射体流动速度：流动速度：超声换能器超声换

22、能器A向流体发出频率为向流体发出频率为fA的连的连续超声波，经照射域内液体中散射体续超声波，经照射域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移产生多普勒频移fd，接收换能器，接收换能器B收到收到频率为频率为fB的超声波，其值为：的超声波，其值为：速度：第31页，此课件共46页哦发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体流速成正比。如忽略管发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体流速成正比。如忽略管壁影响，并假设流体没有速度梯度，以及粒子是均匀分布的，可得方壁影响，并假设流体没有速度梯度，以及粒子是均匀分布的，可得方程程2)流量方程式流量方程式对于

23、实际含有大量粒群的流体，换能器接收到的反射信号只能是发生器和接收器的两个指向性波束重叠区域内颗粒的反射波，换能器所收到的信号就是反射波叠加的平均值。第32页，此课件共46页哦例：多普勒流量计测污水管道内的流体流量，若流体流速为例：多普勒流量计测污水管道内的流体流量，若流体流速为12m/s，发送的声波和流体的流向夹角为，发送的声波和流体的流向夹角为45，发射波的频率为，发射波的频率为1MHz，超声波在水中的速度为超声波在水中的速度为1482m/s，求发射和接收信号之间的频率差？，求发射和接收信号之间的频率差？已已知知：流流体体的的流流速速（可可视视为为散散射射质质点点的的流流速速），发发射射和和

24、接接收收声声波波与与流流体体的的流流动动方方向向的的夹夹角角 ，超超声声波波在在静静止止水水中中的的传传播播速速度度，发发射射超超声声波波的的频频率率 。故多普勒超声波流量计的频移。故多普勒超声波流量计的频移 为为解解 多普勒超声波流量计的频移公式为多普勒超声波流量计的频移公式为 第33页，此课件共46页哦4.5 卡门涡街流量计圆柱体三角柱体Q=A0(d/St)(11.27)f 式中式中 A0 管道截面积，管道截面积，m2。涡街流量计适用于测量液体、气体、蒸汽的单相介质流量，涡街流量计适用于测量液体、气体、蒸汽的单相介质流量，满管式涡街流量计管径范围满管式涡街流量计管径范围 25mm250mm

25、插入式管径范围插入式管径范围 2502000mm。第34页，此课件共46页哦在三角柱的两侧面各有相同的弹性金属膜片，内充硅油，旋涡引起的在三角柱的两侧面各有相同的弹性金属膜片，内充硅油，旋涡引起的压力波动，使两膜片与柱体间构成的电容产生差动变化。其压力波动，使两膜片与柱体间构成的电容产生差动变化。其变化频率变化频率与旋涡产生的频率与旋涡产生的频率相对应，故检测由电容变化频率可推算出流量。相对应，故检测由电容变化频率可推算出流量。(1)电容检测法电容检测法常用涡街频率检测方法常用涡街频率检测方法在三角柱中央或其后部插入嵌有压电陶瓷片的杆，杆端为扁平片，产生旋涡在三角柱中央或其后部插入嵌有压电陶瓷

26、片的杆，杆端为扁平片，产生旋涡引起的引起的压力变化压力变化作用在杆端而形成弯矩，使压电元件出现相应的作用在杆端而形成弯矩，使压电元件出现相应的电荷电荷。此法。此法技术上比较成熟，应用较多，已有系列化产品。技术上比较成熟，应用较多，已有系列化产品。(2)应力检测法应力检测法第35页，此课件共46页哦(3)热敏检测法热敏检测法 在圆柱体下端有一段空腔，被隔板分成两侧，中心位置有一根细在圆柱体下端有一段空腔，被隔板分成两侧，中心位置有一根细铂丝，它被加热到比所测流体温度略高铂丝，它被加热到比所测流体温度略高10左右，并保持温度恒左右，并保持温度恒定。产生旋涡引起的压力变化，流体向空控内流动，穿过空腔

27、将定。产生旋涡引起的压力变化，流体向空控内流动，穿过空腔将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，电阻值变小。其变化频率与铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，电阻值变小。其变化频率与旋涡产生的频率相对应，故可通过测量铂丝阻值变化的频率来推旋涡产生的频率相对应，故可通过测量铂丝阻值变化的频率来推算流量。算流量。(4)超声检测法超声检测法 在柱体后设置横穿流体的超声波束，流体出现旋涡将使超声波由于介质密度变在柱体后设置横穿流体的超声波束，流体出现旋涡将使超声波由于介质密度变化而折射或散射，使收到的声信号产生周期起伏，经放大得到相应于流量变化化而折射或散射，使收到的声信号产生周期起伏，经放大得到相应于流量变化的

28、脉冲信号。的脉冲信号。第36页，此课件共46页哦h1222r2R R-rP2P14.6 转子流量计由锥形玻璃管和浮子组成，浮子能在垂直安装的锥形玻璃管内上下移动。由锥形玻璃管和浮子组成，浮子能在垂直安装的锥形玻璃管内上下移动。被测流体自下向上流过管壁与浮子之间环隙时，托起浮子向上，这时管被测流体自下向上流过管壁与浮子之间环隙时，托起浮子向上，这时管与浮子之间的环隙面积增大，直到浮子处在一个与浮子之间的环隙面积增大，直到浮子处在一个力力平衡位置。平衡位置。流量变化时浮子两边压差流量变化时浮子两边压差所形成的力也随之变化，所形成的力也随之变化，使浮子又在一个新的位置使浮子又在一个新的位置上重新平衡

29、，浮子浮起的上重新平衡，浮子浮起的高度即为流量计的读数。高度即为流量计的读数。第37页，此课件共46页哦fVfgVfgPAfFf由伯努利方程，得由（1）和（2）得A0浮子稳定处环形通道面积当浮子稳定在锥形管某高度，忽略当浮子稳定在锥形管某高度，忽略流体对流体对浮子的摩擦力（忽略）浮子的摩擦力（忽略）重力重力=浮力浮力+压差力压差力 Af浮子最大截面积浮子最大截面积第38页，此课件共46页哦由得与浮子形状和Re有关，对于特定浮子形状，当ReReK，Const，因此，浮子式流量计同样存在测量下限。第39页，此课件共46页哦液体流量计的修正气体流量计的修正f浮子密度转子流量计的使用转子流量计的使用使

30、用标态下水或空气标定。使用标态下水或空气标定。1.第40页，此课件共46页哦 用空气标定转子流量计用用于测量氢气流量，浮子材料为不锈用空气标定转子流量计用用于测量氢气流量，浮子材料为不锈钢，流量计度数为钢，流量计度数为40 L/h,40 L/h,已知：空气标定时为标态已知：空气标定时为标态，实测时氢，实测时氢气温度为气温度为25 25 C C，表压为，表压为0.5Mpa0.5Mpa。求氢气的实际流量为？。求氢气的实际流量为？（注：标态下，空气与氢气的密度分别为1.205kg/m3与0.08988 kg/m3）解（1）工作状态下氢气的密度为2）氢气的实际流量第41页，此课件共46页哦几种典型的安

31、装形式几种典型的安装形式垂直管路和水平管路垂直管路和水平管路第42页，此课件共46页哦设置冲洗配管设置冲洗配管仪表并联安装仪表并联安装第43页，此课件共46页哦含杂质煤气的流量检测含杂质煤气的流量检测v节流装置检测节流装置检测（1 1）标准孔板角接取压；）标准孔板角接取压；（2 2）圆缺孔板法兰取压；）圆缺孔板法兰取压；v点流速测量法点流速测量法插入式涡街流量计插入式涡街流量计v径流速测量法径流速测量法均速管流量计均速管流量计v弯头流量计弯头流量计v楔性流量计楔性流量计（1 1）圆缺楔）圆缺楔（2 2）圆缺流线型）圆缺流线型 第44页，此课件共46页哦腐蚀与矿浆介质流量的测量腐蚀与矿浆介质流量的测量v电磁流量计电磁流量计v差压式流量计差压式流量计文丘利管文丘利管楔型流量计楔型流量计v科氏力流量计科氏力流量计第45页，此课件共46页哦感感谢谢大大家家观观看看第46页，此课件共46页哦