化工自动化-流量检测()

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1、化工仪表及自动化第三章 流量检测 内容提要n差压式流量计 n节流现象与流量基本方程式 n标准节流装置 n差压式流量计的测量误差n转子流量计 n工作原理 n电远传式转子流量计内容提要n质量流量计 n直接式质量流量计 n补偿式质量流量计n其他流量计 n 靶式流量计 n 椭圆齿轮流量计 n 涡轮流量计 n 电磁流量计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。定义定义概述质量流量质量

2、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。 概述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。 分类第一节 差压式流量计差压差压式流量计式流量计也称为也称为节流节流式流量计，它是目前工业生式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用

3、的方法之一。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件前后产生一个较大的压差压差。压差压差的大小与的大小与流体流速流体流速的大小有关，流速愈大，差压的大小有关，流速愈大，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

4、流量。计算出流体的流量。第一节 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。 第一节 差压式流量计n 一、节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。 节流装置就是在管道中放置的一个局部收缩元件节流装置就是在管道中放置的一个局部收缩元件, , 应用最广泛的是孔板应用最广泛的是

5、孔板, ,其次是喷嘴、文丘里管。其次是喷嘴、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节流过 程程，其中的阻力件称为，其中的阻力件称为节流件节流件。 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。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节流件包括标准孔板标准孔板、标准喷嘴标准喷嘴和和标准文丘里管标准文丘里管。(a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管n n 对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准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，可直的规定、要求和计

6、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。接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。n n 特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件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。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相比而言，标准孔板制作最简单使用也最广泛，以下只介绍标准孔板使用也最广泛，以下只介绍标准孔板123节流原理节流原理流动流体的能量有两种形式：流动流体的能量有两种形式：静压能静压能和和动能动能。流体由于有压力而。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，这两种形式的能量具有静压

7、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。在一定条件下是可以相互转化的。流速静压第一节 差压式流量计图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。注意注意第一节 差压式流量计2.2.节流基本方程式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

8、 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。第一节 差压式流量计n n 二、二、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”。 采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的 规定、要求和计算所需要的通用化实验数据资料。 标准节流件标准节流件( (孔板孔板) )标准节流装置标准节流装置是指节流件、取压装置都标准化，前后直管段是指节流件、取压装置都标准化，前后直管段 符合规定要求，可以直接投入使用符合规定要求，可以直接投入使用 标准孔板，要求：标准孔板，要求：d/D

9、 d/D 应在应在0.20.20.750.75之间之间d d不小于不小于12.5mm12.5mm直孔厚度直孔厚度h h应在应在0.005D0.005D到到0.02D0.02D之间之间孔板的总厚度孔板的总厚度H H应在小于应在小于0.05D0.05D圆锥面的斜角圆锥面的斜角应在应在30304545之间之间标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查标准喷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。阅相关的设计手册。 有有手册可手册可 查，不要查，不要 求记求记第一节 差压式流量计1.1.节流装置的选用节流装置的选用在加工制造和安装方面,以孔板为最简单,喷嘴次之,文丘 里管最复杂。

10、造价高低也与此相对应。实际上,在一般场合 下,以采用孔板为最多。当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等。第一节 差压式流量计在测量某些易使节流装置腐蚀、沾污、磨损、变形的 介质流量时,采用喷嘴较采用孔板为好。在流量值与压差值都相同的条件下,使用喷嘴有较高的 测量精度,而且所需的直管长度也较短。如被测介质是高温、高压的,则可选用孔板和喷嘴。文 丘里管只适用于低压的流体介质。 第一节 差压式流量计2.2.节流装置的安装使用节流装置的安装使用 必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使 节流装置端面与管道的轴线垂直。 在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道 内壁上,不应有凸出物和明

11、显的粗糙或不平现象。 第一节 差压式流量计 任何局部阻力 (如弯管、三通管、闸阀等)均会引 起流速在截面上重新分布,引起流量系数变化。所以 在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管。 标准节流装置 (孔板、喷嘴) ,一般都用于直径 D50mm的管道中。 被测介质应充满全部管道并且连续流动。 管道内的流束 (流动状态)应该是稳定的。 被测介质在通过节流装置时应不发生相变。 第一节 差压式流量计n n 三、差压式流量计的测量误差三、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

12、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。 注意注意第一节 差压式流量计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。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到23页到27页第一节 差压式流量计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。 图3-21 测量液体流量 时的取压点位置 取压点应该位于节流装置的下半部 ，与水平线夹角为045。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

13、出。 （1 1）测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样）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。的液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。第一节 差压式流量计在引压导管的管路中，应有排气的装置。 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切断阀第一节 差压式流量计（2 2）测量气体流量时，上述的这）测量气体流量时，上述的这 些基本原则仍然适用。些基本原则仍然适用。 取压点应在节流装置的上半部。 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

14、不滞留液体。 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排放阀第一节 差压式流量计图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（3 3）测量蒸汽的流量时，要）测量蒸汽的流量时，要 实现上述的基本原则，必须解实现上述的基本原则，必须解 决蒸汽冷凝液的等液位问题，决蒸汽冷凝液的等液位问题， 以消除冷凝液液位的高低对测以消除冷凝液液位的高低对测 量精度的影响。常见的接法见量精度的影响。常见的接法见 图图3-243-24

15、所示。所示。第一节 差压式流量计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，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平衡阀第一节 差压式流量计图3-26 隔离罐的两种形式测量腐蚀性（或因易凝 固不适宜直接进入差压计） 的介质流量时，必须采取隔 离措施。常用的两种隔离罐 形式如图3-26所示。 第二节 转子流量计n一、工作原理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二节 转子流量计转子流量计中转子的平衡条件是（3-13）根据转子浮起的高度

16、就可以判断被测介质的流量大小或将式（3-26）代入上两式，得或由式（3-25）可得（3-14）第二节 转子流量计n n 二、二、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3-10 差动变压器结构第二节 转子流量计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。第二节 转子流量计2.2.电动显示部分电动显示部分图3-11 LTD系列电远传转子流量计第四节 质量流量计定义定义直接测量单位时间内所流过的介质的质量,即质量流量M。优点优点质量流量计的最后输出信号只与介质的质量流量M