检测仪表与传感器 2

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1、第三章 检测仪表与传感器第三节 流量检测及仪表n 一、概述介质流量介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以 及进行经济核算所必需的一个重要参数。 流量大小流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体 数量的大小，即瞬时流量。 总量总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总 和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。定义定义63第三节 流量检测及仪表质量流量质量流量MM体积流量体积流量Q Q如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 流量计流量计：测量流体流量的仪表。计量表计量表：测量流体总量的仪表。 64第三节 流量检测及仪表1.1.速度式流量计速度式流量计 以测量流体在管道内的流速作为测量

2、依据 来计算流量的仪表。 2.2.容积式流量计容积式流量计 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的仪表。 3.3.质量流量计质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计 。质量流量计分直接式和间接式两种。 65分类第三节 流量检测及仪表n 二、差压式流量计差压式（也称节流式）流量计差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节 流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现 流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置 和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以 及显示仪表所组成。 66第三节 流量检测及仪表1.1.节流现象与流量基本方程式节

3、流现象与流量基本方程式（1 1）节流现象）节流现象 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前 后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现 象。 节流装置包括节流件和取压装置。节流装置包括节流件和取压装置。67第三节 流量检测及仪表图3-18 孔板装置及 压力、流速分布图要准确测量出截面、处的 压力有困难，因为产生最低静压 力p2的截面的位置随着流速 的不同会改变。因此是在孔板前 后的管壁上选择两个固定的取压 点，来测量流体在节流装置前后 的压力变化。因而所测得的压差 与流量之间的关系，与测压点及 测压方式的选择是紧密相关的。注意注意68第三节 流量检测及仪表（2 2）节流基本方程式）

4、节流基本方程式 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基 本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连 续性方程式推导而得的。 可以看出可以看出要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。 流量与压力差P的平方根成正比。69第三节 流量检测及仪表2.2.标准节流装置标准节流装置国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里 管等标准化，并称为“标准节流装置”。 标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加 工要求、取压方法、使用条件等。 70第三节 流量检测及仪表图3-19 孔板断面 示意图如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙 度等都有详细规定。 举例举例其中dD应在0.20.8之间；

5、最小 孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚 度h（0.0050.02）D；总厚度H 0.05D；锥面的斜角3045等等 ，需要时可参阅设计手册。 71举例举例第三节 流量检测及仪表标准孔板采用角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴为角 接取压法。我国规定我国规定标准节流装置取压方法角接取压法法兰取压法分为图3-20 环式取压结构 1管道法兰；2环室；3孔板；4夹紧环 72第三节 流量检测及仪表环室取压法能得到较好的测量精度，但是加 工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安 装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精 度仍难保证。所以所以，在现场使用时，为了加工和安装方便 ，有时不用环室而用单独钻

6、孔取压，特别是对大 口径管道。73第三节 流量检测及仪表优优点点缺点缺点标准孔板应用广泛，结 构简单，安装 方便，适用于 大流量的测量流体经过孔板后压力损 失大，当工艺管道上不 允许有较大的压力损失 时，便不宜采用。 标准喷嘴和标 准文丘里管压力损失较孔 板小结构比较复杂，不易加 工74第三节 流量检测及仪表标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm ，雷诺数在104105以上的流体，而且流体应当清洁 ，充满全部管道，不发生相变。 节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的 差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并 传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。 75第三节 流量检测及仪表

7、3.3.差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差 ，有的甚至高达1020。 不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造 ，更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能 保证差压式流量计有足够的实际测量精度。 注意注意76第三节 流量检测及仪表误差产生的原因误差产生的原因被测流体工作状态的变动。77节流装置安装不正确。孔板入口边缘的磨损。导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象差压计安装或使用不正确第三节 流量检测及仪表78导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大 的测量误差。对于不同的被测介质，导压管的安装亦有不同的 要求，下面分类讨论。

8、 图3-21 测量液体流量 时的取压点位置 图3-22 测量液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡 阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀第三节 流量检测及仪表a) 取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角 为045。b) 引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应 下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。 c) 在引压导管的管路中，应有排气的装置。 测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的 液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。79第三节 流量检测

9、及仪表80 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。 a) 取压点应在节流装置的上半部 。 b) 引压导管最好垂直向上，至 少亦应向上倾斜一定的坡度，以 使引压导管中不滞留液体。 c) 如果差压计必须装在 节流装置之下，则需加装 贮液罐和排放阀，如图3- 23所示。 图3-23 测量气体流量时的连接图1节流装置；2引压导管； 3差压变送器；4贮液罐； 5排放阀第三节 流量检测及仪表图3-24 测量蒸汽流量的连接图1节流装置；2凝液罐；3 引压导管；4排放阀；5 差压变送器；6平衡阀81 测量蒸汽的流测量蒸汽的流 量时，要实现上述量时，要实现上述

10、的基本原则，必须的基本原则，必须 解决蒸汽冷凝液的解决蒸汽冷凝液的 等液位问题，以消等液位问题，以消 除冷凝液液位的高除冷凝液液位的高 低对测量精度的影低对测量精度的影 响。常见的接法见响。常见的接法见 图图3-243-24所示。所示。第三节 流量检测及仪表82差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。 由引压导管接至差 压计或变送器前，必须 安装切断阀1、2和平衡 阀3，构成三阀组，如图 3-25所示。图3-25 差压计阀组安装示意图1，2切断阀；3平衡阀第三节 流量检测及仪表图3-26 隔离罐的两种形式83测量腐蚀性（ 或因易凝固不适 宜直接进入差压 计）的介质流量 时，必须采取

11、隔 离措施。常用的 两种隔离罐形式 如图3-26所示。 第三节 流量检测及仪表n 三、转子流量计841.1.工作原理工作原理以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小， 即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方 法。图3-27 转子流量计的工作原理图第三节 流量检测及仪表转子流量计中转子的平衡条件是（3-25）由式（3-25）可得根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小或将式（3-26）代入上两式，得或（3-26）85第三节 流量检测及仪表862.2.电远传式转子流量计电远传式转子流量计它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适 合于远传，进行显示或记录。 LZD系列

12、电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显 示两部分组成。 （1 1）流量变送部分）流量变送部分 图3-28 差动变压器结构第三节 流量检测及仪表转换原理转换原理若将转子流量计的转子 与差动变压器的铁芯连接起 来，使转子随流量变化的运 动带动铁芯一起运动，那么 ，就可以将流量的大小转换 成输出感应电势的大小。87第三节 流量检测及仪表88（2 2）电动显示部分）电动显示部分图3-29 LTD系列电远传转子流量计第三节 流量检测及仪表3.3.转子流量计的指示值修正转子流量计的指示值修正转子流量计的流量标尺上的刻度值，对用于测量液体 来讲是代表20时水的流量值，对用于测量气体来讲则是 代表20，0.

13、10133MPa压力下空气的流量值。所以，在 实际使用时，要根据具体体情况进行修正。 （1 1）液体流量测量时的修正）液体流量测量时的修正（3-31）89第三节 流量检测及仪表如果被测介质的黏度与水的黏度相差不大，可近似认为 是常数，则有 （3-32）整理后得（3-34）（3-33）90第三节 流量检测及仪表同理可导得质量流量的修正公式为当采用耐酸不锈钢作为转子材料时，t7.9g/cm3，水 的密度w1g/cm3，代入（3-34）与式（3-36）得 （3-35）（3-36）（3-37）（3-38）91第三节 流量检测及仪表当介质密度当介质密度f变化时，密度修正系数变化时，密度修正系数K KQ

14、Q、K KMM的数值见下表。的数值见下表。 tKQKMtKQKM tKQKM0.400.6701.516 0.950.9711.022 1.501.2720.8470.450.6461.435 1.001.0001.000 1.551.2970.8370.500.6831.365 1.051.0280.979 1.600.3230.8270.550.7191.307 1.101.0560.960 1.651.3510.8180.600.7541.256 1.151.0840.943 1.701.3760.8090.650.7871.211 1.201.1110.927 1.751.4010.8

15、000.700.8191.170 1.251.1390.911 1.801.4270.7920.750.8511.134 1.301.1650.897 1.851.4530.7850.800.8821.102 1.351.1930.884 1.901.4770.7780.850.9121.073 1.401.2200.872 1.951.5040.7710.900.9441.046 1.451.2450.859 2.001.5290.764表3-2 密度修正系数表92第三节 流量检测及仪表举例举例例4 现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流 量，已知转子材料为不锈钢，t7.9g/cm3，苯的

16、密 度为f0.83g/cm3。试问流量计读数为3.6L/s时，苯 的实际流量是多少？ 解 由式（3-37）计算或由表3-2可查得 93将此值代入式（3-33），得 即苯的实际流量为4L/s。第三节 流量检测及仪表94（2）气体流量测定时的修正对被测介质的密度、工作压力和温度均需进行修正。 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。注意：注意：上式计算得到的Q是被测介质在单位时间（小时 ）内流过转子流量计的标准状态下的容积数（标准立方米 ），而不是被测介质在实际工作状态下的容积流量。 第三节 流量检测及仪表95举例举例例5 某厂用转子流量计来测量温度为27，表压为 0.16MPa的空气流量，问转子流量计读数为38Nm3/h 时，空气的实际流量是多少？ 解 已知Q038Nm3/h，p10.160.101330.26133MPa，T127