测量仪表与自动化04教材

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1、 第四章 流量测量及变送 4.1 流量概述 4.1.1 流量定义及表示方法 4.1.2 流量仪表分类 4.2 差压式流量计 4.3 靶式流量计 4.4 容积式流量计 4.5 转子流量计 4.6 其他流量计 4.7 质量流量计 意义： 生产中需要经常测量各种介质（液体、气体和蒸汽等）的流量，以便 为生产操作和控制提供依据 为了进行经济核算，经常需要知道在一段时间内流过的介质总量 1.定义：流量流经管道某一有效截面的流体数量 2.表示方法 (1)瞬时流量流体在单位时间内流过管道某一截面的数量（流量计） 体积流量 质量流量 (2)累积流量某一段时间内流过管道的流体流量的总和（计量表） 体积流量 质量

2、流量 4.1.1 流量的定义及表示方法 4.1.1 流量的定义及表示方法 3.气体体积流量测量 采用标准立方米（仿质量单位）,与使用地点的压力、温度无关。 如：空气 1 标准立方米 = 1.2041千克（标准状态为0.101325MPa，20 ） 100 标准立方米/h = 120.41Kg/h 天然气 设相对密度为 d = 0.6，则 1 标准立方米 = 1.2041*0.6 = 0.7225千克 100 标准立方米/h = 72.25Kg/h 采用能量单位更加合理 天然气使用20，煤气使用0或20（历史原因决定）。合同温度 流量计测出工况体积流量，需经压力、温度换算 物理标准状态：0，0.

3、101325MPa 工业标准状态：20，0.101325MPa 4.1.2 流量仪表分类 1.速度式流量计 测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。 如：差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等 2.容积式流量计 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量 如：椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等 3 质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。分直接式和间接式 直接式：量热式、角动量式、陀螺式和科里奥利力式等 间接式：用密度和容积流量经运算得到 第四章 流量测量及变送 4.1 流量概述 4.2 差压式流量计 4.2.1 概述 4.2.2 工作原理 4

4、.2.3 标准节流装置 4.2.4 三阀组与差压计 4.2.5 差压式流量计的安装 4.2.6 特点及应用 差压式（也称节流式）流量计基于流体流动 的节流原理，利用流体流经节流装置时产生 的压力差实现测量。 目前最成熟、最常用的方法。 差压式流量计组成: 1.节流装置(节流件和取压装置) vP 2.引压管路与三阀组 将P 差压计，回零检查及维修 3.差压计差压计(差压变送器) P 420mA 4.2.1 概述 4.2.2 工作原理 1.节流原理分析 节流装置：包括节流元件和取压装置 节流元件-使管道中的流体产生局部收缩的元件 有：孔板、喷嘴、文丘里管 节流现象： 应用了流体的动压能和静压能相互

5、转换的原理 截面1之前：流体流速为 ，管内静压力为 截面1：静压力升至 ，大于管中心压力 孔板中心：流速加快，静压力减小为 截面2：流束最小截面处，流速最大 4.2.2 工作原理 1.节流原理分析 截面3：流束扩大，流速减小恢复到原来的流动 状态，压力为 。 规定：节流元件前的压力称为“正压”，标 “+” 元件后的压力称为“负压”非真空度)，标“-” 结论：流体在有节流装置的管道中流动时，节 流元件导致流体（克服摩擦力）产生压损 流量，产生的静压差 测量静压差P,可测量流量 4.2.2 工作原理 2.流量基本方程 推导依据: 伯努利方程（能量守恒）+ 流动连续性方程（质量守恒） （1）理论流量

6、公式-国际标准单位 -直径比，=d/D； A0-节流件开孔截面积 d-工作条件下节流件孔径 P-节流装置前后实测差压 D-管道直径 -上游流体密度 -可膨胀性系数:（液体=1；可压缩流体：气体临界值，C趋于常数 4.2.2 工作原理 2.流量基本方程 推导依据: 伯努利方程（能量守恒）+ 流动连续性方程（质量守恒） （2） 实用流量公式-工程单位 A0/4d2 带入原公式 单位：Q：m3/h d：mm ：Kg/m3 P：Pa； 结论：流量和差压的平方根成正比。若无开方器，流量标尺刻度为非线性 因此，为减小误差，一般流量计均应工作在标尺刻度的50%以上。 4.2.2 工作原理 2.流量基本方程

7、思考：流出系数 C 如何得到？ 通过实验标定得到 对节流装置进行标定，通过实验得到Q- P、的数据，进行数据处理 精度高0.5级，费时费力，费用高 通过查表、计算得到 由被测流体额定工况下的温度t、压力 p、差压 p和流量 Q 等 通过查表、计算来得到流量系数，通常可用一常数表示。 精度1.5级，方便，费用低 定义：按国标(国际标准ISO5167和ISO9300、国家标准GB/T2624- 2008)规定的技术条件设计、加工、 制造和安装的节流装置 种类： 封闭管道中有：标准孔板，标准喷嘴，标准文丘里管，标准比托管 ，标准音速喷嘴，标准音速喷管等； 明渠中有：标准堰（薄壁堰、三角堰、矩形堰、宽

8、顶堰）。 特点：无需湿标标定，可直接使用，误差不会超出规定的数值 标准节流装置= 标准节流元件 + 标准取压装置 4.2.3 标准节流装置 1.标准节流元件 (1) 标准孔板 Orifice plate 结构：一块具有圆形开孔并与管道同心的圆片状平板， 迎流方向为一个具有锐利直角入口边缘的圆柱部分，顺 着流向是一段扩大的圆锥体。 通常孔板厚度0.1D 特点：压力损失较大； 一般只适用于洁净流体 注：节流孔的直径均应12.5mm 4.2.3 标准节流装置 ISAl932喷嘴 长径喷嘴 1.标准节流元件 （2）标准喷嘴 Flow nozzle 结构：由圆弧收缩和圆筒形喉部组成。 分为ISAl932

9、喷嘴和长径喷嘴 特点：测量精度高于孔板 压力损失略小于孔板； 较适宜带有污垢介质 4.2.3 标准节流装置 1.标准节流元件 （3）标准文丘里管 Venturi tube 分为经典文丘里管和文丘里喷嘴 经典文丘里管结构： 由入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部及圆锥形扩散段组成。 上下游取压口做成单独管壁取压口形式，由均压环将几个（不少于4个） 取压口连接 特点：压力损失小于喷嘴； 尤适宜带有污垢介质 4.2.3 标准节流装置 标准文丘里管 Venturi tube 适合低压、大管径，低流速 各类气体流量精确测量。 如：钢铁厂热风炉的助燃风 、冷风、煤气计量（高炉煤 气、焦炉煤气、转炉煤气） 及

10、热电厂的锅炉一次风、二 次风大管径、低流速管道计 测 测量范围宽、安装方便 4.2.3 标准节流装置 2.标准取压装置 （1）角接取压 结构：紧靠节流件前后端面取压。 分为环室和单独钻孔 环室：紧贴节流件上下游两侧端面 有一环形缝隙，流体静压经缝隙进入 环状空间（环室），从环室的引压孔 引出压力测量。 单独钻孔：紧靠节流件两侧的夹紧环 （或法兰）上钻孔（孔径410mm）， 直接取出压力测量。 适于孔板、 ISA1932喷嘴 19 角接取压 环室取压：用于400mm以下管径，精度高。加工安装复杂 单独钻孔：适用于管径大于200mm的流量测量。安装方便 环室取压标准节流装置 20 4.2.3 标准

11、节流装置 2.标准取压装置 （2）法兰取压 结构：距节流件前后端面1英寸 (25.4mm)处取压 仅适于孔板适于孔板、长颈喷嘴 （3）径距取压 结构：均距节流元件前端面1D、后 端面D/2处取压 4.2.4 三阀组与差压计 节流装置仅产生P ，差压计测量P 用于显示 、记录或控制 1.差压计 （1）双波纹管差压计或U型管 （就地指示，无需能源） （2）差压变送器 差压计的显示刻度： 线性：差压百分数 非线性（方根） ：流量百分数 4.2.4 三阀组与差压计 2.2.三阀组 作用： 可使一体化结构牢固，减少泄漏点； 可在线确认变送器的零点与修正； 一旦变送器出现故障需要检修或更换时， 可在不中断

12、工艺情况下进行，非常方便； 调零或更换变送器时，三阀组操作程序： 置1、3阀为“全闭”位置（顺时针方向拧紧）， 置2阀为“微开”（逆时针拧2圈） 变送器重新投入运行操作： 先关闭2阀，置1、2阀为“全开”位置 一体化差压流量计 4.2.4 三阀组与差压计 一体化差压流量计 4.2.4 三阀组与差压计 安装时应注意方向，装反 虽也可测量，但误差无法 估计 例： 用一台电容式差压变送器与节流装置配用测量流量。 原先设计流量范围0-125m3/h，差压范围0-80kPa,密度103kg/m3。当差压变 送器输出12mA时，实际流量为多少？ 解： 或： 流量测量时，差压变 送器通常无迁移 例： 用一台

13、电容式差压变送器与节流装置配用测量流量。 原先设计流量范围0-125m3/h，差压范围0-80kPa,密度103kg/m3。现在测量 密度800kg/m3的介质流量。问：（1）实际流量范围为多少？（2）当差压 变送器输出12mA时，实际流量为多少？ 解：（1） （2） 4.2.5 差压式流量计的安装 为保证流体的稳定流动，节流装 置前后应严格保证直管段的要求 。按照国家标准规定满足最小直 管段的要求 精度较高场合，要求上游侧10D和 下游侧5D的直管段。 4.2.6 特点及应用 （1 1）优点：）优点： 1)结构简单简单牢固,性能稳定可靠可靠,使用寿命长 长; 2)应用范围广泛广泛,占流量计全

14、部用量的1/41/3。 流体单相、混相、洁净、脏污、粘性流等; 工作状态常压、高压、真空、常温、高温、低温等; 管径从几mm到几m; 流动条件亚音速、音速、脉动流等。 （2 2）缺点：）缺点： 1)测量精度普遍偏低，0.5级; 2)现场安装条件要求高，需修正; 3)压损大(指孔板、喷嘴等) 第四章 流量测量及变送 4.1 流量概述 4.2 差压式流量计 4.3 靶式流量计 4.3.1 工作原理 4.3.2 特点 4.4 容积式流量计 4.5 转子流量计 4.6 其他流量计 4.7 质量流量计 4.3.1 工作原理 工作原理：流体动压原理 结构：测量部分靶、杠杆、密封膜片、测量管路 工作过程：流

15、体对靶的作用力 1.流体对靶的冲击力，即流体的动压力 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 F 流体作用于靶上的力； K比例常数，与靶形状及雷诺数有关 ； Ad垂直于流速的靶面积， 流体密度； v环形流通截面的平均流速。 设管径为D，靶径为d，则环形流通面积为: 测得测得 F F ，则可知，则可知 Q Q 总结：总结：工作原理: 介质流动对靶产生作用力 流量系数 4.3.1 工作原理 例：靶式流量计，原先设计流量范围0-125m3/h，密度103kg/m3。实际测密度 800kg/m3的介质流量，实际流量范围为多少？当差压变送器输出12mA时，实际 流量为多少？ 解：（

16、1） （2） 1.可测脏污介质： 污水、高温渣油、浆液、沥青等 2.小口径（15200mm）气、液体，高粘度，低雷诺数，含颗粒 3.可测压力高达数十Mpa，温度达500 4.压损小，约为标准孔板的一半 5.有直管段要求，回零检查不便 4.3.2 特点 4.1 流量概述、 4.2 差压式流量计 4.3 靶式流量计 4.4 容积式流量计 4.4.1 基本原理 4.4.2 椭圆齿轮流量计 4.4.3 腰轮流量计 4.4.4 特点 第四章 流量测量及变送 常用：椭圆齿轮流量计（奥巴尔流量计Oval gear flow meter） 腰轮流量计(罗茨流量计 Roots flow meter)、 刮板流量计（Sliding-va