化工仪表自动化流量测量及变送.

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1、第四章 流量测量及变送 概述 差压式流量计 靶式流量计 容积式流量计 转子流量计 其他流量计 质量流量计 小 结 第一节 概述 返回 流量仪表的主要功用： (1) 作为工业自动化控制系统的检测物料数量的总量表； (2) 在工业自动化控制系统中只要有流体的系统，都需要进行流量的检测和 控制。 (3)特别是在能源计量方面，无论是石油、天然气等，还是二次能源成品油、 煤气、石油汽及蒸气，含能工质压缩空气、氧、氢和水等都使用着数量较大 的流量计量仪表。流量计量仪表是能源管理和经济核算不可缺少的工具。对 于储运，流量的测量是交接双方进行贸易结算的依据，流量测量的准确性就 显得尤其重要。 定义: 流量是指

2、流经某一截面的流体数量。 这个量用流体的体积来表示称为体积流量（Q），简称体积流量； 这个量用流量的质量来表示称为质量流量（M），简称质量流量。 随着工艺要求的不同，它的测量可分为瞬时流量和累积流量。 第一节 概述 一、瞬时时流量 单单位时间时间 内流过过某一截面的流体数量。 1. 体积积瞬时时流量 单单位时间时间 内流经经某一有效截面的流体体积积 。 常用单单位：L/h，m3/h 等 。 2. 质质量瞬时时流量 单单位时间时间 内流经经某一有效截面的流体质质量。 常用单单位：t/h，kg/h 等。 可采用体积积或质质量流量来表示： 返回 （4-1） （4-2） 第一节 概述 二、累积积流量(

3、总总量) 某一段时间时间 内流经经某一有效截面的流体总总和。 1. 体积积累积积流量 某一段时间时间 内流经经某一有效截面的流体体积总积总 和。 常用单单位：L，m3 等 2. 质质量累积积流量 某一段时间时间 内流经经某一有效截面的流体质质量总总和。 常用单单位：t，kg 等 测测量瞬时时流量的仪仪表一般称流量计计，测测量累计计流量(总总量) 的仪仪表称为为计计量表（总总量表）。 返回 可以采用体积或质量来表示： （4-3） （4-4） 第一节 概述 三、关于气体体积积流量测测量 气体体积积流量测测量单单位采用标标准立方米。 其换换算公式为为 物理标标准状态态： 0 ，0.101325MPa

4、 工业标业标 准状态态：20，0.101325MPa Q00 = Q2020 由理想气体定律： Q0 = 0.9318 Q20 返回 第一节 概述 四、流量仪仪表的分类类 返回 流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体； 流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相 同。因此，根据工艺要求，考虑被测流体的特性（物理性质和化学性质 、流动状态）、安装条件、环境条件等测量条件的不同，需采用不同类 型的流量计。 1 速度式流量计 以测量流体在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪 表。如差压式、浮子式、靶式、电磁式、涡轮式、涡街式、超 声波式、激光测速式等。需要直

5、管段。 第一节 概述 返回 2 容积式流量计 3 质量式流量计 以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据， 如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式流量计和旋转活塞或往复活 塞式、双转子式、转筒式等流量计。不需要直管段。 以测量流过流体的质量M 作为测量依据。 如热式、补偿式、振动式等。 特点：测量精度不受温度、压力、粘度等变化的影响。 第一节 概述 五、流量仪仪表的输输出信号 返回 1 模拟量输出信号 标准信号 4-20 mADC 二线制或三线制 2 脉冲输出信号 第一节 概述 返回 3 数字输出信号 (2) RS485,RS232,RS422 (1) Hart 一、概述 由管道中节节

6、流元件产产生的差压压和 已知流体条件及节节流元件与管道的 几何尺寸进进行流量测测量。 第二节 差压式流量计 差压压式流量计计的组组成: 1. 节节流装置(节节流件和取压压装置) vP 2. 引压压管路与三阀组阀组 3. 差压计压计 (差压变压变 送器) P 420mA信号输输出 将P 差压计压计 ，回零检查检查 及维维修。 返回 二、节节流原理及流量方程 1. 节节流原理分析 第二节 差压式流量计 动压动压 能与静压压能转换转换 的原理。 流体流经节经节 流元件将QP ，测测量P进进行流量测测量。 节流原理 节节流元件：改变变管道中流体流通 面积积的元件。 返回 第二节 差压式流量计 2. 流

7、量基本方程 根据质质量守恒定律和能量守恒定律得到： 直径比，=d/D; C 流出系数； d 工作条件下节节流件的孔径； 1 节节流装置上游流体密度； D 工作条件下上游管道内径； P 节节流装置前后测测得的差压压； A0 节节流件的开孔截面积积， 可膨胀胀性系数（液体 =1；可压缩压缩 流体 喷喷嘴 文丘利管 加工安装难难度: 孔板 喷喷嘴 文丘利管 成本: 孔板 喷喷嘴 文丘利管 返回 四、三阀组阀组 与差压计压计 第二节 差压式流量计 节节流装置仅产仅产 生P ，由差压计测压计测 量P远传远传 ，用于显显 示、记录记录 或控制。 1. 差压计压计 （1）差压变压变 送器（同前） （2）双波

8、纹纹管差压计压计 或U型管 不需电电源或气源，用于就地显显示。 返回 P差压计压计 I0或就地指示 PI0控制室 线线性等分差压压百分数 方根 (非线线性)流量百分数 差压计显压计显 示刻度： 2. 三阀组 第二节 差压式流量计 三阀组作用： （1）防止差压计启动和停运时,因单向受压损坏。 启动顺序： 打开平衡阀2； 打开切断阀1或3（先后无关）； 关闭平衡阀2; 打开切断阀3或1（先后无关） 关闭顺序： 关闭切断阀1、3（先后无关）； 打开平衡阀2。 （2）差压计回零检查。 返回 一体化差压流量计 返回 第三节 靶式流量计 一、工作原理 K比例常数，与靶形状及雷诺数有关； Ad垂直于流速的靶

9、面积， 流体密度；v环形流通截面平均流速。 测量部分：靶、杠杆、密封膜片、测量管路。 转换部分：原理同力平衡式差压变送器。 靶上作用力可分为三部分： （1）流体对靶的冲击力，即流体动压力。 （2）靶节流作用，在前后侧产生的压差。 （3）流体对靶的粘滞摩擦力。 返回 流体动压动压 原理。 动压动压 F 第三节 靶式流量计 测得F，可知Q 。 流量系数，与靶形、管径、 直径比、雷诺数等有关。 设管径为D，靶径为d，则环形流通 面积为: 靶式流量计 返回 第三节 靶式流量计 二、特点 1. 可测量含杂质的脏污流体、高温渣油、浆液、沥青等。 2. 用于小口径(DN1550)，高粘度，低雷诺数流体。 3

10、. 可测压力高达数十MPa，温度达450。 4. 压力损失较低，约为标准孔板的一半。 返回 第四节 容积式流量计 常用：椭圆齿轮流量计、罗茨流量计(腰轮流量计)、 刮板流量计、旋转活塞流量计等。 工作原理： 将流体连续地分割成固定体积的单元流体，测量元件的 动作次数得到体积总量。即容积分界法。 V0 固定体积； N 测量元件的转数； k 与流量计结构有关的系数。 返回 一、椭圆齿轮流量计 第四节 容积式流量计 适合于中、小流量，测量范围：3L540 M3/h液体； 口径：10250mm；精度：0.20.5 。 图a：P1 P2 ，A为主动轮，B为从动轮； 图b：A、B均为主动轮； 图c：B为主

11、动轮，A为从动轮； 椭圆齿轮 返回 第四节 容积式流量计 允许微小颗粒通过，可测液体或气体。 缺点：体积大、笨重，维修不便， 压损较大，运行中有震动。 精度：0.1 0.5，可作标准流量计。 口径：16500mm。 二、腰轮流量计 返回 第四节 容积式流量计 5. 要求被测流洁净，在流量计前加装过滤器。 6. 压损大。结结构复杂杂、体积积笨重，故适合于中、小口径。 7. 不适用于高温或低温场合。温度范围：-30160， 压力10MPa。 三、特点 1. 精度高，可达0.1级； 2. 管道安装条件对计量精度没有影响，不要求直管段； 3. 直读式无需外部能源； 4. 特别适合高粘度流体测量； 返回

12、 第五节 转子流量计 一、工作原理 转子在垂直锥管中随流量变化而升降， 改变流通面积测量流量。 转子受力分析： 转子在某一位置平衡时： 流体动压力 转子重力 浮力 V 环形流通面积平均流速； C 转子阻力系数； Ar转子迎流最大截面积； Vr转子体积； r转子密度； 被测流体密度。 返回 第五节 转子流量计 二、分类 1. 玻璃管转转子流量计计 用于就地指示，不适用高温、 高压场合，不能远传，易碎。 2. 金属管浮子流量计 用于远传，高温、高压场合。 远传式转子流量计 返回 三、转子流量计示值修正 第五节 转子流量计 流量计刻度在工业标准状态(20，0.101325MPa)下， 以水或空气为介

13、质单独标定所得。 1. 液体流量的修正 标定时： 实测时： 则修正公式为： Q0水标定的刻度流量； w水的密度 Q密度的实际流量。 返回 实用时，若介质密度或工作状态不同，须修正。 工作状态下 实际流量 第五节 转子流量计 2. 气体流量的修正 工作状态下 实际流量 需将工作状态下流量换为工业标态下气体流量： 标定时： 实测时： 返回 则修正公式为： 将和Q带入得： 例： 用转子流量计测CO2气体流量。测量时被测气体t=40， P=0.49105Pa，若流量计读数为120Nm3h，问CO2实际流 量是多少? 解：已知 Q0=120Nm3h，T0=293.15K，P0=0.10133MPa P=

14、0.0490.10133=0.15033MPa，T=40273.15=313.15K 由气体性质表查得：20，0.10133MPa条件下： 01.205kgm3，01.842kgm3。 则带入修正公式得： 第五节 转子流量计 返回 第五节 转子流量计 四、特点 1. 适用于小管径、小流量气体或低粘度液体测量。 常用仪表口径：4050mm以下，最小为14mm。 玻璃管最大口径100mm，金属为150mm。 4. 只能用于自下向上垂直流动管道。 3. 受被测介质密度、粘度、温度、压力等因素影响， 精度较低，最高1.0级左右。 2. 压力损失较低，平衡时为恒压降。 返回 第六节 其他流量计 电磁流量

15、计 旋涡流量计 涡轮流量计 返回 第六节 其他流量计 1. 测测量原理 电电磁感应应： B磁感应应强度； D管道内径； v垂直于磁力线线方向的流速； C比例系数，单单位换换算系数。 k仪仪表常数，取决磁感应应强度、管径。 磁场场励磁方式：直流励磁、交流励磁或方波励磁等。 一、电电磁流量计计 返回 第六节 其他流量计 2. 特点及使用 仅仅适用于导电导电 液体。 （1）压损压损 小, 可测测含固体颗颗粒、悬悬浮物或腐蚀蚀性等介质质 ； （2）输输出线线性,且不受介质质物理性质质影响； （3）测测量范围宽围宽 。量程比可达100:1，口径 12000mm，精度可达0.5级级； （4）反应应速度快，

16、可测测脉动动流和正、反两 向流。 缺点：使用温度为为0200，压压力104流体测测量。 (6) 因采用流体振动动原理，安装地点应应避免机械振动动。 (3) 精度较较高，0.51.0，可适用液体、气体和蒸气； 返回 第六节 其他流量计 三、涡轮涡轮 流量计计 1. 结结构 涡轮涡轮 ：叶片由高导导磁材料制成； 导导流器：对对流体导导流并支承涡轮涡轮 ； 壳体：非导导磁材料制成； 前置放大器：放大转换转换 器输输出的 电电信号。 2. 工作原理 J 涡轮涡轮 的转动惯转动惯 量； d/dt 涡轮涡轮 角加速度； T 推动转动动转动 的旋转转力矩； Ti 阻碍旋转转的各种阻力矩。 涡轮涡轮 运动动方程为为 动动量矩守恒 返回 磁电感应转换器：产生与