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1、第一节流量检测与变送 一、概述 工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体 数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分别用 m3/h、L/h 和 kg/h 等。 流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总 量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的 累加和，如水表、煤气表等等。 工业上常用的流量仪表可分为两大类。 （1）速度式流量计 以测量流全在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。 如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计、冲量式流量计、激光流量计、 堰式流量计和叶轮水表
2、等。 （2）容积式流量计 它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、乔板式流量计和活塞式流量计等等。 常用流量计的性能比较见表 2-1-18。 二、差压式流量计 节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，仍是目前炼油、化工生产中使用最广的 一种流量测量仪表。 目前工业生产中应用有各种各样的节流装置，如图 2-1-15 所示。上图所示的节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘里管和文丘利喷嘴。这四种 节流元件历史悠久，试验数据完整，产品已标准化，所以称它们为“标准节流装置” 。其他 形式的节流元件，如双重孔板、圆缺孔板等等，由于开头特殊，形容尚不深透，缺
3、乏足够 的实验数据，所以尚未标准化，故称它们为特殊节流装置。这类特殊装置设计制造后，必 须先进行标定，然后才能使用。 节流元件具有结构简单，便于加工制造，工作可靠，适应性强，使用寿命长等优点。 1 测量原理 在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件 下这两种能量可以相互转换，但 参加转换的能量总和是不变的，奕用节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。 根据能量守恒定律及流体连续性原理，节流装置的流量公式可以写成：体积流量 （2-1-11）102FQ质量流量 （2-1-12）102pFM式中 M质量流量，kg/s;Q体积流量，m3/s流量系数； 流束膨胀系数； F0节流装置开孔截面积，m2
4、；1流体流经节流元件前的密度，kg/m3; p节流元件前后压力差，即 p=p1-p2,pa。 在计算时，根据我国现用单位的习惯，如果 Q 的单位为 m3/h，M 为 kg/ h，F 为mm2，p 为 pa， 为 kg/m3单位时，则上述流量公式可换算为衫流量计算公式，即：hkgpdMhmpdQ/,003999. 0/,003999. 0123 12式中 d 为节流元件的开孔直径，。2 04dF我国自 1993 年 8 月 1 日起采用 GB/T262493 标准，代替 GB262481 标准。本标准 适用于角接取压、法兰取压、D 和 D/2 取压的孔板、喷嘴和文丘利管的节流装置；同时也 只适用
5、于管道公称通径为 501200mm 的流量测量和管道雷诺数大于 3150 的场合。 GB/T262493 新标准采用流出系数 C 来代替过去的流量系数 。两者的换算关系如 下；C=/E 式中 E渐近速度系数，并由下式确定：41/1E2节流装置的取压方式 节流装置的取压方式，就孔板而言有五种，如图 2-1-16 所示；就喷嘴而言只有角接取 压和径距取压两种。（2-1-13） （2-1-14）（1）角接取压 上、下游侧取压孔轴心线与孔板（喷嘴）前后端面的间距各等于取压 孔直径的一半或等于取压环隙宽度的一半，因而取压孔穿透处与孔板端面正好相平。角接 取压包括环室取压和单独钻孔取压，如图中 1-1。（
6、2）法兰取压 上、下游侧取压孔中心至孔板前后端面的间距均为(25.40.8)mm， 如图 2-2。（3）径距取压 上游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）前端面的距离为 1D，下游侧取压 孔中心与孔板（喷嘴）后端面的距离为 1/2D，如图中 3-3。（4）理论取压法 上游侧的取压孔中心至孔板中心至孔板前端面的距离为 1D0.1D;下游侧的取压孔中心线至孔板后端面的距离随的值大小而异详见表 2-1-19Dd表 2-1-19 理论取压时下游取压孔位置d/D下游取压孔位置d/D下游取压孔位置0.100.84D(10.30)0.500.63D(10.25) 0.150.82D(10.30)0.550.59D(1
7、0.20) 0.200.80D(10.30)0.600.55D(10.15) 0.250.78D(10.30)0.650.50D(10.15) 0.300.76D(10.30)0.700.45D(10.10) 0.350.73D(10.25)0.750.40D(10.10) 0.400.70D(10.25)0.800.34D(10.10) 0.450.67D(10.25)（5）管接取压 上游侧取压孔的中心线距孔板前端面为 2.5D， 下游侧取压孔中心线距孔板后端面为 8D，如图中 5-5 所示。以下五种取压方式中，角接取压方式用得最多，其次是法兰取压 院 法。3标准孔板标准孔板的基本结构如图
8、2-1-17 所示。标准孔板各部分的加工要求如下：孔板前端面 A 不允许有明显的划痕，其加工表面粗糙度要求：50mmD500mm 时，为Ra3.2m;500D750mm 时,为 Ra6.3m; 750mmD1000mm 时，为 Ra12.5m;孔板的后端面 B 应与 A 平行,其表面粗糙度可适当降低.上游侧入口边缘 G 和圆筒形下游侧出口边缘应无刀痕和毛刺,入口边缘 G 要求十 分尖锐。 标准孔板各部分的尺寸要求如下：孔板开孔圆筒形的长度 e 要求 0.005De0.02D,表 面粗糙度不能低于 Ra1.6m,其出口边缘无毛刺.孔板的厚度 E 应为 eE0.05D,当管道直 径为 50100m
9、m 之间时,允许 E=3mm.随着管道直径 D 的增加,E 也要适当加厚.当 Ee 时，其 斜面倾角 F 应为 30F45，表面粗糙度为 Ra3.2m，孔板的不平度在 1%以内。孔板 开孔直径 d 的加工要求非常精确，当 0.67 时,d 的公差为0.001d;当 0.67 时, d0.005 d.图 2-1-18 的上半部分为环室取压,p1由前环室取出,p2由后环室取出,前环室宽度c0.2D,后环室宽度 c0.5D,环室壁厚 f2a(a 为环缝隙的宽度),环腔横截面积 gh 至少为 50mm2,g、h 均不得小于 6mm，取压孔应是圆形的，直径为 4mm10mm。 图 2-1-18 的下部分
10、为单独钻孔取压方式示意图。孔板上游侧的静压力 p1由前夹紧环取 出，p2由后夹紧环取出。取压孔应为圆筒形，与孔板前后端面的夹角应小于或等于 3。 两种取压孔的直径 规定如下： 0.65 时,0.005D0.03D 0.65 时,0.01D0.02D (2)法兰取压标准孔板 图 2-1-19 为标准孔板使用 法兰取压的安装图.从图中知法兰取压孔在法兰盘上,上 下游取压孔的中心线距孔板的两个端面的距离均为(25.4 0.8)mm,并垂直于管道的轴线, 取压孔直径 d0.08D .最好取 d 为 612mm 之间. 法兰取压标准孔板可适用于管径 D=50750mm 和直径 比 =0.10.75 的范
11、围内. 4.差压变送器 由节流元件、连接管路和差压变送器组成一体，统称 为差压式流量计。目前国内生产的定型的差压变送器的主 要技术性能见表 2-1-20。 图 2-1-20 为 DDZ-差压变送器结构示意图。 由图 2-1-20 看出，差压变送器由两部分组成，下半 部分为测量部分，上半部分为转换部分。测量部分包括测 量室、测量元件（膜盒）等，转换部分包括主杠杆、矢量 机构、副杠杆、差动变压器、反馈机构、调零装置和放大 器等。 被测差压信号由高、低压室引入，在膜盒 3 上转换为 中力 Fi(Fi=piA,pi=p1-p2,A 为膜盒有效面积)。此力作 用于主杠杆 5 的下端，使主杠杆以轴封膜片
12、4 为支点偏转，并以力 Fi沿水平方向推动矢量 机构 8。矢量机构 8 将推力 Fi分解成 F2和 F3。F3沿矢量板方向作用，被固定于基座上的矢 量板平衡掉。F2使矢量机构的推板向上移动，并通过连接簧片带动副杠杆 14 以 M 为支点逆 时针转动，使固定在副杠杆上的差动变压器的检测片（衔铁）12 靠近差动变压器 13，使两 者间的气隙减小，这时差动变压器的输出增加，并通过放大器 15 放大为 420mA 的输出电 流 I0。当输出电流流过反馈动圈 16 时，产生电磁反馈力 Ff，使副杠杆向顺时针方向偏转。 当反馈力 Ff所产生的力矩与 Fi产生的力矩相等时，变送器便达到一个新的稳定状态，此时
13、 放大器输出电流即为变送器的输出电流，它与被测差压信号成正比。名称测量差压 上限 pa工作压力Mpa环境温 度 精度输 出 信 号特点主要生产厂家单腊盒差 压变送器100600100040006000250000.16,6.41632-101502.51.5010mA030mV差压范围大,体积小,重量轻,一般用于中、小型工厂杭州压力表厂膜盒式差 压变送器600025000最大迁移量-1600010000100001600025641016-10+601010mA030mV020mA杭州压力表厂，上海自动化仪表一厂，四川仪表十六厂等气动差压 变送器1001600000最大迁移量100%0.010
14、.052.5,6.416,32-10+6011.50020.1Mpa有耐腐型,其正负室材料为 1Cr18Ni9Ti不锈钢，膜盒材料为Cr18Ni12150mm 管道中的气体或液体 通渠道 流量的测量,它的压力损失较小,但它只能测得局部漩涡的速度,因此,它的测量精度要低些,并且对仪表前后直管段的安装要求较高. 1.旋进漩涡流量计 划内 图 2-1-23 为旋进漩涡流量计的测量原理图.流经旋进漩涡流 度 量计的流体,流过一组螺诈叶片后被强制旋转,便形成了漩涡漩涡的中心是速度很高的区域,称为涡核,它的外围是环流.在文丘利收缩段,涡核与流量计的轴线相一致.当进入扩大段后,涡核就围绕着流量计的轴作螺旋状
15、进动.该进动是帖近扩 大段的壁面进行的,进动频率和流体的体积流量成比例.涡核的频率通过热敏电阻来检测.热 敏电阻就被冷却一次.这样,热敏电阻的温度随涡涡核的进动频率而作周期性的变化,该变化 又促使热敏电阻的阻值也作周期性变化.这一阻值变化经检测放大器处理后转换成电压信号,即 可获得与体积流量成比例的电脉冲信号传送到显示仪表,以实现瞬时流量的指示和总量的积 算. 旋进漩涡流量计由变送器、检测放大器和数字显示仪表组成。 变送器由壳体、螺旋叶片、消漩叶片、敏感元件、放大器、紧固环 等构成，如图 2-1-24 所示。2 涡街流量计 涡街流量计是根据卡门涡街原理制成的。在流动的流体中插入一个 非流线型柱状物（如圆柱体或三角形柱体） ，则在柱体下游会产生 如图 2-1-25 所示的两列不对称且又有规律的漩涡。该漩涡在柱体 的侧后产生、分开、形成漩涡列，通常称作卡门涡街或卡门涡列。 当满足 h/l=0.281 时，所产生的卡门漩涡是稳定的，而且产生单列 漩涡的频率 f 与圆柱体的直径 d 和流体流速 u 有如下关系：（2-1-16）duStf 式中：St斯特罗哈尔系数。当流体的雷诺数 Re=50
