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1、流量的定义 流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。,流量的表示方法 质量流量、体积流量、重量流量。,若以M表示流体流过一定截面的质量，则质量流量为,kg/s,若以V表示流体流过一定截面的体积，则体积流量为,若以G表示流体流过一定截面的重量，则重量流量为,三者的关系为,5 流量测量,流量的测量方法,可分为直接测量法和间接测量法。,直接测量法：用标准容积和标准时间计量后，计算平均流量。,间接测量法：通过测量与流量有关的物理量得出流量。,间接测量法的常见形式,流速法,节流差压法,变面积式,涡轮机械式,旋涡式,电磁式,超声波,流量有瞬时流量和累积流量之分。 所谓瞬时流量，是指在单位时间内流过
2、管道或明渠某一截面的流体的量。 所谓累积流量，是指在某一时间间隔内流体通过的总量。该总量可以用在该段时间间隔内的瞬时流量对时间的积分而得到，所以也叫积分流量。 累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量。,流量测量广泛应用于化工、冶金、石油、食品和医药等行业。 在过程自动化仪表与装备中，流量仪表有两大功用：过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总 量 在测试中，产生误差的因素表现在： 被测介质处于流动状态，通常为非定常流，如层流、紊流和脉动流等； 被测介质种类繁多，物理化学性质极其复杂； 被测介质状态(压力、温度)变化范围广； 被测介质的物理化学性质对仪表性能有很大影响； 流体流动特性
3、对仪表性能影响大。,第二节 节流式流量计,节流式差压流量计是依据流体通过节流件使部分压力能转变为动能以产生差压的原理来工作，属于差压式流量计中应用最广泛的一种流量计。 结构易于复制，简单而牢固，性能稳定可靠，使用期限长，而且价格低廉。 节流式差压流量计应用范围广泛，可用于： 全部单相流体，包括液、气、蒸汽等介质 部分混相流，如气固、气液、液固等,标准节流装置,一、基本原理 :在充满流体的管道中固定放置一个流通面积小于管道截面积的节流件，则管内流束在通过该节流件时就会造成局部收缩。在收缩处，流速增加，静压力降低，在节流件前后将产生一定的压力差。对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管
4、段，在一定的流体参数情况下，节流件前后的差压与流量之间有一定的函数关系。因此，可以通过测量节流件前后的差压来测量流量。 节流装置包括节流元件、取压装置以及前后管段。常用的节流装置有孔板、喷嘴、文丘里管等。 节流元件一般都按照标准进行设计、制造、安装和使用，无需进行校准即可使用。,1. 节流式流量计,1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计,节流式流量计组成与实物图,节流原理,流速收缩：沿管道轴向流动的流体，当遇到节流装置时，近壁处的流体由于受到节流装置的阻挡最大，促使流体的一部分动压头转换为静压头，体现在P1的升高。 P的产生：由于节流装置造成流束的局部收缩，同时流体又是保持连续流动
5、，因此在截面积最小流速达到最大，而压力最低。 流量越大，流束的局部收缩和能量转换越显著，因此节流装置两端的压差也越大。,标准节流元件的结构形式,a. 标准孔板,标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。,结构简单，加工方便，价格便宜 ,压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。,标准孔板,b. 标准喷嘴,标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对 称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成，有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。,ISA1932喷嘴,长径喷嘴,优点：构造简单，安
6、装方便 。 缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。主要是由于流体流经孔板时，截面的突然缩小与扩大形成大量涡流所致。虽然流体经管口后某一位置流速已恢复与孔板前相同，但静压力却不能恢复，产生了永久压力降。,孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计该流量计的核心问题。,孔板流量计的优缺点,文丘里（Venturi）流量计,1、文氏流量计的结构,孔板流量计的主要缺点是能量损失较大，其原因在于孔板前后的突然缩小与突然扩大。若用一段渐缩、渐扩管代替孔板，所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量计。当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和逐渐扩大，流
7、速变化平缓，涡流较少，故能量损失比孔板大大减少。,c. 文丘里管 文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。 文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多。,优点：阻力损失小，大多数用于低压气体输送中的测量； 缺点：尺寸大、笨重，加工精度要求较高，造价较高，并且在安装时流量计本身占据较长的管长位置，一般用在有特殊要求的场合。,文氏流量计的结构示意图,取压方式和取压装置,差压式流量计的输出信号就是节流件前后取出的差压信号。取压孔在节流件前后的位置不同，取出的差压值也不同。所以，不同的取压方式，对同一个节流件，
8、它的流出系数 C也将不同。 取压方式 目前国际国内通常采用的取压方式有理论取压法、D一D/2取压法、角接取压法和法兰取压法等，最常用的为后 面三种。,节流装置的取压方式,节流装置的取压方式,国家标准中规定的用来实现取压方支的装置。 角接取压装置。 角接取压装置包括单独钻孔取臣的夹紧环(如图所示的下部分)和环室(如图所示上半部分)。环室取压的前后环室装在节流件的两侧，环室夹在法兰之间。 节流件前后的静压力，是从前、后环室和节流前后断面之间所形成的连续环隙处取得的，其值为整个圆周上静压力的平均值。,标准取压装置,法兰取压,法兰取压装置。 法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。 D和D/2取压装
9、置。 此种取压装置的特点是上下游取压口名义上等于D和D/2。但实际上可以有一定的变动范围，且不需要对流量系数进行修正。,目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。 角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。 法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。 D和D/2取压法对标准孔板与管道轴线的垂直度和同心度的安装求较低，特别适合大管道的过程蒸汽测量。,流量基本方程,在管道上取两个截面：截面1-1和2-2，并列出这两个截面流体总流的伯努力方程：,C1，C2为总流的动能的修正系数；为阻力系数,流体总流的连续方程为：,设节流件的开孔直径为d，定义,收缩系数为,不可
10、压流体,体积流量：,质量流量：,C流出系数 可膨胀系数 直径比，=d/D d工作条件下节流件的孔径，m D工作条件下上游管道内径，m p1-p2压差，Pa 1上游流体密度，kg/m3,由上面两式可见，流量为含d、D. p, 1, C, 六个参数的函数，此六个参数前 个为实测量，后两个为统计量。,流出系数C和膨胀系数 标准节流装置的流出系数C和膨胀系数 标准喷嘴的流出系数C和膨胀系数 文丘里喷嘴的流出系数C和膨胀系数,由上面两式可见，流量为含d、D. p, 1, C, 六个参数的函数，此六个参数前 个为实测量，后两个为统计量。,具体计算过程略,标准节流装置的压力损失,流体流经节流件时，由于节流作
11、用造成的不可恢复的压力损失。 压力损失的大小与节流件的形式有关，并随着值的减小而增大，即随压差的增加而增加。 具体计算（略）,差压计 差压计与节流装置配套组成节流式流量计。差压计经导压管与节流装置连接，接受被测流体流过节流装置时所产生的差压信号，并根据生产的要求，以不同信号形式把差压信号传递给显示仪表，从而实现对流量参数的显示、记录和自动控制。 差压计的种类很多，凡可测量差压的仪表均可作为节流式流量计中的差压计使用。目前工业生产中大多数采用差压变送器。它们可将测得的差压信号转换为0.02-0.1 MPa的气压信号和4-20mA的直流电流信号。,转子式流量计又称为浮子流量计或面积流量计。在测量过
12、程中，始终保持节流件(转子)前后的压降不变，通过改变流通面积来改变流量。因此转子流量计也称恒压降流量计。 在工业生产和科研中，转子流量计常用于管径较小(小于50 mm)的流量测量。它具有结构简单、工作可靠、刻度线性直观、使用维护方便、压损小而恒定、界限雷诺系数低等优点，广泛地应用于各种气体、液体的流量测量中。,第三节 转子流量计,第四节 靶式流量计,靶式流量计是进行高黏度、低雷诺数流体流量测量的一种通用性较强的新型流量测量仪表。它除了适用于一般的气体、液体以及蒸汽的流量测量外，还适用于浆液介质、悬浮颗粒介质、易结晶凝结介质、脏污沉淀介质、腐蚀性介质以及高黏度介质，诸如重油、沥清、矿浆、焦油、淬
13、火油、有机酸、非导电流体等。同时还具有一定的抗脉动流的能力。 与其他流量计相比较，优点：结构简单，安装维护方便,价格低廉，在检测过程中不易堵塞和堆积污物。 和节流装置相比，可以省去导压管、冷凝器、集气器、沉降器、隔离器、及喷吹系统等，减少了运行维护量。,靶式流量计的靶所受的力可以采用一些较成熟的电测或气动测量方法进行测量，实现远距离传送、记录，以供调节系统作为流量信号使用。 由于靶式流量计应用通用的显示仪表与电动单元二次仪表配套使用后，能够实现远距离的检测记录、累积及自动调节，所以靶式流量计已被广泛地应用于电站、石油、冶金、化工和轻工等部门。 总的来说：靶式流量计是一种适用于测量高粘度、低雷诺
14、数流体流量的流量测量仪表。,工作原理 靶式流量计的流量感应部分是装在管道中心的圆形靶上，由于靶的存在，导致流通面积变小而在靶的前后形成静压差 。同时，靶还受到流体的摩擦力作用，但是由于摩擦力较小，将其影响归入流量系数中，所以作用在靶上力为：,流体对靶的作用力 流体流经环形通道的流速； 密度； 靶的受力面积。,由上式可知：在被测流体的密度、管道直径、靶径和流量系数已知的情况下，只要测出靶上受到的作用力F，便可以求出流体的流量。 在工业上-般是通过转换换器将此力信号转换成电信号进行显示和远传。 流量换算 与转子流量计相似，靶式流量计出厂前是按水和空气进行标定的。如果使用时被测介质与标定介质不同，将
15、造成测量误差，因此需要对测量示值进行修正。 具体计算过程（略）,影响流量系数的因素 流量测量的准确度主要取决于流量系数k的确定和力F的测量。影响流量系数的主要影响因素如下： (1)靶的几何形状影响。 (2)雷诺数和直径比的影响。 (3)流通截面的影响。 (4)靶径和管径的影响。 (5)靶板入口不尖锐度影响。 (6)靶与测量导管不同心度的影响。 (7)流量计前直管段长度和管道内径的影响。 靶式流量计的分类与结构（略）,靶式流量计的适用场合与安装使用要求,适用场所 所测流体必须是牛顿流体； 流体必须充满流量计的测量管； 流体在物理上和热力学上应是均匀的，并可明确测量条件下的密度和黏度； 流体流经流
16、量计时不发生相变，流速应是恒定的，或者只随时间做轻微而缓慢的变化； 管道雷诺数应大于2000(不同的制造商可能有不同的界限要求）,靶式流量计的适用场合与安装使用要求,靶式流量计安装使用要求： 流量计应安装在订货时指定的位号上，以保证订货参数与仪表使用时的参数一致； 安装时必须注意流量计的介质流向标记，保证介质流向正确； 流量计安装在不允许停车的管道上时，应开设旁路或选择可在线插拔型； 流量计上游直管段不小于10倍的测量管直径,下游直管段不小于5倍的测量管直径； 安装时靶板应与测量管同心，其偏心误差不大于测量管直径的0.3%; 流量计投用时应缓慢打开上游的阀门，直至完全打开； 介质密度参数发生变化时，应对流量计进行修正。,第五节 涡轮流量计,涡轮流量计利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。 可实现瞬时和累积流量的计量。 传感器输出与流量成正比的脉冲频率信号，该信号通过传输线路远距离传送给显示仪表，便于进行累积和显示。
