《精编》流量测量知识概要

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1、流量测量知识概要 流量是工业生产过程操作和管理的重要依据 1 体积流量 2 质量流量 也可以用质量流量来表示 质量流量 以质量表示的瞬时流量用qm表示 单位为kg s以质量表示的累积流量用Qm表示 单位为kg 体积流量和质量流量之间的关系 式中 为流体密度 3 总量 总量常用单位 公斤 kg 吨 t 升 L 立方米 m3 质量单位 总量与流量之间的关系 式中 t表示时间 它可以是一班 一天 一个月 6 1 1流量计的概念 测量流体流量的仪表 计量表 测量流体总量的仪表 流量计与计量表的联系 在流量计上配以累计机构 也可以读出总量 容积式流量计 质量流量计 6 1 2流量计的分类 6 2 容量式

2、流量计 1 测量部分组成 由两个相互齿合的椭圆齿轮A和B 轴及壳体组成 椭圆齿轮与壳体之间形成测量室 如图6 1所示 2 工作原理 流体流过椭圆齿轮流量计时 由于阻力 使得进口侧压力大于出口侧压力 在压差的作用下 产生作用力矩使椭圆齿轮转动 此时 椭圆齿轮转动了1 4周 其所排出的被测介质为一个半月形容积 据此 可测出被测介质的流量 椭圆齿轮从图6 1 a 所示位置 3 流量方程式 椭圆齿轮转动一周所排出的被测介质为半月形容积的4倍 故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为 已知 只要测出椭圆齿轮的转速 便可知道被测介质的流量 椭圆齿轮流量计是基于容积式测量原理的 入口端必须加装过滤器 使用温度有一

3、定范围 温度过高 就有使齿轮发生卡死的可能 结构复杂 加工制造较为因难 因而成本较高 使用不当或使用时间过久 发生泄漏现象 就会引起较大的测量误差 4 使用特点 是基于容积式测量原理的 与流体的粘度等性质无关 压力损失较小 安装使用较方便 计量精度高 一般可达0 2 0 5级 有的甚至能达到0 1级安装直管段对计量精度影响不大 量程比一般为10 1一般只适用于10 150mm的中小口径 容积式流量计对被测流体的粘度变化不敏感 特别适合于测量高粘度的流体 例如重油 树脂等 甚至糊状物的流量 但要求被测介质干净 不含固体颗粒 所以一般情况下 流量计前要装过滤器 由于受零件变形的影响 容积式流量计一

4、般不宜在高温或低温下使用 6 3浮 转 子流量计 1 主要组成 基本上由两个部分组成 一个是由下往上逐渐扩大的锥形管 一个是放在锥形管内可自由运动的转子 2 工作原理 工作时 流体通过环隙时被突然收缩 当流体流量增加 作用在转子上的力加大 转子向上运动 根据转子平衡位置的高低就可以得知流量的大小 3 流量方程式 式中 转子材料的密度 被测流体的密度 h 转子浮起的高度 A 转子的最大横截面积 仪表常数 V 转子的体积 当转子的形状确定以后 上式平方根内的值为一定值 这样 Q与h成正比 流量方程式的推导 4 使用与换算 转子流量计是一种非标准化仪表 在大多数情况下 可按照实际被测流体进行刻度 a

5、 液体流量测量时的修正 式中 Q0 用水标定时的刻度流量 水的密度 密度修正系数 b 气体流量测量时的修正 当已知仪表显示刻度Q0 要计算实际的工作介质 流量时 可按下式修正 式中 密度修正系数 压力修正系数 温度修正系数 c 蒸汽流量测量时的修正 同液体流量测量时的修正 6 4涡轮流量计 涡轮 流体通过涡轮叶片时能产生转动 导流器 稳定流体的流向 支承叶轮 磁电感应转换器 将叶轮的转速转换成电信号 外壳前置放大器 放大磁电感应转换器送来的电信号 优点 安装方便 精度高 耐高压 可测脉动流量 缺点 涡轮容易磨损 被测介质不能有杂质 图6 2涡轮流量计 基本工作原理 流体冲击涡轮叶片 使涡轮旋转

6、 涡轮的旋转速度随流量的变化而变化 通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲 流量方程 特点和要求 流量与涡轮转速之间成线性关系 量程比一般为1O 1 涡轮流量计的测量精度较高 可达到0 5级以上 反应迅速 可测脉动流量 主要用于中小口径的流量检测 仅适用洁净的被测介质 通常在涡轮前要安装过滤装置 流量计水平安装 前后需一定长度的直管段 一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在10D和5D以上 常温下用水标定 当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿 6 5漩涡流量计 基本工作原理 把一个漩涡发生体 非流线型对称物体 垂直插在管道中 当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产

7、生旋转方向相反的漩涡 形成涡列 该漩涡列就称为卡门涡街 只有当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距l满足为h l 0 281条件时 卡门涡列才是稳定的 且单列漩涡产生的频率f与流体流速v成正比 与柱体的特征尺寸d 漩涡发生体的迎面最大宽度 成反比 即 流量方程 St称为斯特劳哈尔数 无因次数 St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关 在雷诺数为5000 150000的范围内 St基本上为一常数 特点和要求 涡街流量计输出信号 频率 不受流体物性和组分变化的影响 在一定的雷诺数范围内 几乎不受流体的温度 压力 密度 粘度等变化的影响 故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不

8、需标定 管道内无可动部件 使用寿命长 压力损失小 测量精度高 约为士0 5 1 量程比20 1 尤其适用于大口径管道的流量测量 但是流量计安装时要求有足够的直管段长度 上游和下游的直管段分别要求不少于2OD和5D 漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直 6 6电磁流量计 基本工作原理 导体切割磁力线 会产生电动势 适用场合 可以检测具有一定电导率的酸 碱 盐溶液 腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量 但不能检测气体 蒸汽和非导电液体的流量 流量公式 当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时 就会在管道两边的电极上产生感应电势 感应电势的大小与磁场的强度 流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效

9、长度成正比 式中 Ex为感应电势 K为比例系数 B为磁场强度 D为管道直径 v为垂直于磁力线的流体流动速度 在管道直径D已经确定 磁场强度B维持不变时 流体的体积流量与磁感应电势成线性关系 利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计 电磁流量计的特点 测量导管内无可动或突出于管道内部的部件 因而压力损失极小 只要是导电的 被测流体可以是含有颗粒 悬浮物等 也可以是酸 碱 盐等腐蚀性物质 流量计的输出电流与体积流量成线性关系 并且不受液体的温度 压力 密度 粘度等参数的影响 电磁流量计的量程比一般为10 1 精度较高的量程比可达100 1 测量口径范围大 可以从lmm到2m以上 特别适用于lm

10、以上口径的水流量测量 测量精度一般优于0 5级 电磁流量计反应迅速 可以测量脉动流量 主要缺点 被测流体必须是导电的 不能小于水的电导率不能测量气体 蒸汽和石油制品等的流量由于衬里材料的限制 一般使用温度为0 200 因电极嵌装在测量导管上的 使工作压力限制 一般 0 25MPa 6 8节流式流量计 节流式流量计也称为差压式流量计 它是目前工业生产过程中流量测量最成熟 最常用的方法之一 如果在管道中安置一个固定的阻力件 它的中间开一个比管道截面小的孔 当流体流过该阻力件时 由于流体流束的收缩而使流速加快 静压力降低 其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差 压差的大小与流体流速的大小有关 流速愈

11、大 差压也愈大 因此只要测出差压就可以推算出流速 进而可以计算出流体的流量 a 标准孔板 b 喷嘴 c 文丘里管 a 标准孔板 b 喷嘴 c 文丘里管 把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程 其中的阻力件称为节流件 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种 标准节流件包括标准孔板 标准喷嘴和标准文丘里管 对于标准化的节流件 在设计计算时都有统一标准的规定 要求和计算所需的有关数据及程序 可直接按照标准制造 安装和使用时不必进行标定 特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测 它必须用实验方法单独标定 相比而言 标准孔板制作最简单 使用也最广泛 6 8 1节流原理 流动

12、流体的能量有两种形式 静压能和动能 流体由于有压力而具有静压能 又由于有流动速度而具有动能 这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的 6 8 2流量方程 根据流体力学中的伯努利方程 可以推导得出节流式流量计的流量方程 也就是差压和流量之间的定量关系式 为流量系数 为可膨胀性系数A0为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度 P节流装置前后实际测得的压差 主要与节流装置的型式 取压方式 流体的流动状态 如雷诺数 和管道条件等因素有关 因此 是一个影响因素复杂的综合性参数 也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在 雷诺数大于某一数值 界限雷诺数 时 值可认为是一常数 对于标准节流装置 可以从

13、有关手册中查出 对于非标准节流装置 其值要由实验方法确定 可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性 它与节流件前后压力的相对变化量 流体的等熵指数等因素有关 其取值范围小于等于1 对于不可压缩性流体 1 对于可压缩性流体 则 1 应用时可以查阅有关手册而得 6 8 3标准节流件 孔板 节流装置包括节流件 取压装置和符合要求的前后直管段标准节流装置是指节流件 取压装置都标准化 前后直管段符合规定要求 可以直接投入使用 标准孔板 要求 d D应在0 2 0 75之间d不小于12 5mm直孔厚度h应在0 005D到0 02D之间孔板的总厚度H应在h和0 05D之间圆锥面的斜角 应在30 45 之间 标准喷

14、嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅相关的设计手册 有手册可查 不要求记 6 8 4标准取压方式 国家规定标准的取压方式有角接取压 法兰取压和D D 2取压 角接取压 角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是环隙取压口和单独钻孔取压口 环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间 通常要求环隙在整个圆周上穿通管道 或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通 每个开孔的中心线彼此互成等角度 再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出 6 8 4标准取压方式 角接取压 角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是环隙取压口和单独钻孔取压口 当采用

15、单独钻孔取压时 取压口的轴线应尽可能以90 与管道轴线相交 环隙宽度和单独钻孔取压口的直径a通常在4 10mm之间显然 环隙取压由于环室的均压作用 便于测出孔板两端的平稳差压 能得到较好的测量精度 但是夹持环的加工制造和安装要求严格 当管径D 500mm时 一般采用单独钻孔取压 法兰取压和D D 2取压 法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上 下端面均为25 4mm 1英寸 D D 2取压装置是设有取压口的管段 上 下游取压口轴线与孔板上游端面的距离分为D和D 2 D为管道的直径 6 8 5节流式流量计的安装 P226 原理总结 节流装置 引压管 差压变送器 显示仪表 控

16、制器 流体在管道中正常流动 v p 节流件使流体收束 流速增大 压力降低 节流件前后出现 压差 压差 与流量有关 再采用差压变送器 将差压信号转换为统一的标准信号 便于显示及控制 在各种标准的节流装置中以标准孔板的应用最为广泛 它具有结构简单 安装使用方便的特点 适用于大流量的测量 孔板的最大缺点是流体流经节流件后压力损失较大 当工艺管路不允许有较大的压力损失时 一般不宜选用孔板流量计 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较小 但结构比较复杂 不易加工 虽然节流式流量计的应用非常广泛 但是如果使用不当往往会出现很大的测量误差 有时甚至高达10 20 6 8 5节流式流量计的使用特点和要求 标准孔板应用广泛 它具有结构简单 安装方便的特点 适用于大流量的测量 孔板测量的压损大 当不允许有较大的管道压损时 便不宜采用 在一般场合下 仍采用孔板为多 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小 但结构比较复杂 不易加工 标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm 雷诺数在104 105以上的流体 流体应当清洁 充满全部管道 不发生相变 为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态 在节流装置的上 下