第七章 流量测量

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1、唯实惟新 至诚致志 Building Energy Efficiency Technology建筑环境与设备工程专业 2007级建筑环境测试技术课程教案第七章 流量测量Building Environment Measurement Technology主讲：郝小礼 2010年10月唯实惟新 至诚致志 7.1 流量的定义与表示方法 流量的定义：流体在单位时间内通过管道 某一截面的数量称为流体的瞬时流量，简 称流量。 流量的分类：体积流量与质量流量唯实惟新 至诚致志 7.1 流量的定义与表示方法 累积流量：一段时间 内，流过管道 截面积的流体的总和，等于在该时间段内 瞬时流量对时间的积分。 分为

2、：累积质量流量与累积体积流量唯实惟新 至诚致志 7.1 流量的定义与表示方法 流量测量方法： 速度法：测量出管道的平均流速 ，再用平均 流速乘上横截面积F，就可计算出管道流量。容积法：用一个具有标准容积的容器连续不断 地对被测流体进行度量，并以单位时间内度量 的标准容积数来计算流量。质量法：通过测量单位时间内，流过管道 横截面积的流体的质量 唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 结构原理：当流体自下而上 流动时，受到流体的冲击， 转子会被向上托起，随着转 子向上移动，转子与圆锥管 之间的环形面积增大，流速 降低，到一定时候，流体作 用在转子上的力会与重力相 平衡，而停在某一位置，当 流速发生

3、变化时，转子的位 置会发生相应的变化，根据 转子的位置，即可知道流量 。 唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 转子受力分析与流量公式转子受到三个力：重力、浮力与压力重力：浮力：压力：唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 结论与注意: 当其他参数确定后，流量与转子的位置存 在一一对应关系，知道了位置高度h，就 可知道流量； 转子的密度必须略大于流体的密度； 转子流量计是一种恒压差式流量计；唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 转子流量计的标定与修正 标定：对于气体，采用空气作为标定介质；对于液体，采用水作为标定介质；标准状态：温度T=293.16K，绝对压力p=101325Pa 修正：介

4、质发生变化、温度变化、压力变化；密度发生变化；粘度变化；流量系数发生变化；唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 转子流量计的修正公式 流量系数与雷诺数和转子流量计结构有关 。当被测流体的黏度与标定流体的黏度相 差不大，或在流量系数为常数的流量范围 内，可以不考虑流量系数的影响，这时用 下式修正：唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 分类 玻璃管转子流量计 特点：结构简单，转 子的位置清晰可见， 刻度直观，成本低廉 ，使用方便， 一般只用于常温、常 压(最大不超过1MPa) 下透明介质的流量测 量； 只能就地指示，不能 远传流量信号；唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 金属管转子流量 计

5、 多用于高温、高 压介质，不透明 及腐蚀性介质的 流量测量；唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 特点 适用于中小管径和低流速的中小流量测量 ；管径在100mm以上下，常用于4050mm以 下 临界雷诺数低； 玻璃管转子流量计结构简单，价格低廉； 压力损失小而且恒定； 对上游直管段的要求较低； 灵敏度高，量程比宽；唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计 安装 转子流量计必须垂直安装，且流动方向向 上，进口应保证有5倍管道直径以上的直 管段。最好在仪表旁安装旁路管，供检修 和冲洗仪表时使用。 在有可能产生流体倒流的管道上安装流量 计时，为避免因流体倒流或水锤现象损坏 流量计，应在流量计的下游安

6、装单向阀。 如用来测量脏污流体，一般都要求在上游 入口处安装过滤器或定期进行清洗。 唯实惟新 至诚致志 7.2 转子流量计唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 测量原理：在充满流体的管道内，固定放 置一个流通面积小于管道截面积的节流件 ，则管内流束在通过该节流件时，就会造 成局部收缩，在收缩处，流速增加，静压 力降低，因此，在节流件前后将产生一定 的静压力差。在标准节流装置、管道安装 条件、流体参数一定的情况下，节流件前 后的静压力差 （简称差压）与流量 之 间具有确定的函数关系。因此，可以通过 测量节流件前后的压差来测量流量。 恒压差还是变压差？唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压

7、流量计 节流元件标准 孔板标准 喷嘴椭圆喷嘴文丘里管唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 流量公式 伯努利方程连续性方程唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计引入表征流量计的重要参数 直径比： ； 流束收缩系数：它表示流束的最小收缩面 积和节流件开孔面积之比，即： ； 取压系数：因为流束最小截面2的位置随 流量变化而变化，而实际取压点的位置是 固定的，用固定的取压点处的静压力 、 代替 、 时，须引入一个取压修正系数 ，即：唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 所以，平均流速变为： 体积流量：唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 取压方式：不同的取压方式，取压口的

8、位 置不同，取出的差压值也不同，它的流量 系数也将不同。l1：理论取压；22：径距取压； 33：角接取压；44：法兰取压；唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计角接取压法兰取压唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 差压测量唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 节流式流量计的适用条件 l 流体条件和流动条件 只适用于圆管中单相（或近似单相，如具有高 分散度的胶体溶液）、均质的牛顿流体； 流体必须充满管道，且其密度和黏度已知； 流速小于声速，且流速稳定或只随时间作轻微 而缓慢的变化； 流体在流经节流件前，应达到充分紊流且其流 束必须与管道轴线平行，不得有漩涡； 流体在流经节流

9、装置时不发生相变； 唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计l流体条件和流动条件 节流装置前后必须保持一定长度的直管段 ；节流装置应安装在两段有恒定横截面积的 圆筒形直管段之间；L2L1D流动方向L11015D L2510D唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 节流式差压流量计的选择 测量易沉淀或有腐蚀性的流体宜采用喷嘴； 在管道内壁比较粗糙的条件下，宜采用喷嘴； 在标准节流件中，孔板压力损失最大，经典文丘 里管和文丘里喷嘴的压力损失约为孔板与喷嘴的 1/41/6，喷嘴的压力损失只有孔板的30%50%；孔板的流出系数的不确定度最小，喷嘴和文丘里 管的不确定度较大； 在高参数、大流量

10、的生产管线上，通常采用喷嘴 ； 唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 节流式差压流量计的选择 文丘里管的必要直管段长度远小于孔板与喷嘴； 测量易使节流件沾污、磨损及变形的被测介质时 ，廓形节流件较孔板要优越得多； 加工制造及安装等方面，孔板最为简单，喷嘴次 之，文丘里喷嘴和经典文丘里管最复杂，其造价 亦依次递增。管径愈大，这种差别愈显著； 同等条件下标准喷嘴比标准孔板性能优越；唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 节流式差压流量计的安装 安装时，必须保证节流件的开孔与管道或夹紧件 同心，同时节流装置端面与管道的轴线垂直，在 节流件的上下游，必须配有一定长度的直管段； 为把节流件

11、前后的压差传送至差压计，应设两条 导压管。导压管长度应在350m之内，管内径一 般不得小于6mm； 两根导压管应尽量保持相同的温度，两根导压管 应尽量靠近铺设； 为防止在导压管路中积存气体和水分，导压管应 垂直安装。水平安装时，其倾斜度不应小于1： 10，其顶部应设放气阀，底部应设置放水阀；唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 节流式差压流量计的安装 测量液体流量时，应将差压计安装在低于节流装置 处，如一定要装在上方时，应在连接管路的最高点 处安装带阀门的集气器，在最低点处安装带阀门的 沉降器，以便排出导压管内的气体和沉积物； 测量气体流量，最好将差压计装在高于节流装置处 ，如一定要安

12、装在下面，在连接导管的最低处应安 装沉降器，以便排除冷凝液及污物； 测量蒸汽流量时，差压计和节流装置之间的相对位 置和测量液体流量相同。为保证两导压管中的冷凝 水处于同一水平面上，在靠近节流装置处安装冷凝 器；唯实惟新 至诚致志 7.3 节流式差压流量计 节流式差压流量计的安装 测量黏性的、腐蚀性的或易燃的流体的流量时，应 安装隔离器；液体测量气体测量蒸汽测量腐蚀性流 体测量唯实惟新 至诚致志 7.4 涡轮流量计 工作原理：涡轮流量计是基于流体动量矩守恒 原理工作的。被测流体沿平行于管道轴线的方 向以平均速度 冲击叶片，使涡轮转动，在一 定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正 比，通过磁电转

13、换装置将涡轮转速变成电脉冲 信号，经放大后送给显示记录仪表，即可以推 导出被测流体的瞬时流量和累积流量； 电磁转 换装置磁性材料做 成的涡轮唯实惟新 至诚致志 7.4 涡轮流量计 结构：唯实惟新 至诚致志 7.4 涡轮流量计 优点： 准确度高，可达到0.5级以上，复现性和稳定性 均好，可作为流量的准确计量仪表； 对流量变化反应迅速，可测脉动流量； 线性好、测量范围宽，故适用于流量大幅度变 化的场合； 耐高压，承受的工作压力可达16MPa； 体积小，且压力损失也很小，压力损失在最大 流量时小于25kPa； 输出为脉冲信号，抗干扰能力强，信号便于远 传及与计算机相连；唯实惟新 至诚致志 7.4 涡

14、轮流量计 缺点： 制造困难，成本高； 由于涡轮高速转动，轴承易损，降低了长期运 行的稳定性，影响使用寿命； 对被测流体清洁程度要求较高，适用温度范围 小，约为-20120；不能长期保持校准特性，需要定期校验； 唯实惟新 至诚致志 7.4 涡轮流量计 安装注意事项：要求被测介质洁净，黏度低，腐蚀性小，不含杂 质，以减少对轴承的磨损。如果被测液体易汽化 或含有气体时，要在流量计前装消气器。为避免 流体中杂质进入变送器损坏轴承，以及为防止涡 轮被卡住，必要时加装过滤装置；流量计的安装应避免振动，避免强磁场及热辐射 ；介质的密度和黏度的变化对流量示值有影响，必 要时应做修正；仪表的安装方式要求与校验情

15、况相同，一般要求 水平安装，前后有一定的直管段，一般入口直管 段的长度取管道内径的20倍以上，出口取5倍以上 ；唯实惟新 至诚致志 7.5 电磁流量计 工作原理：如果在磁感应强度为B的均匀磁场中 ，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道，管道 由不导磁材料制成，管道内表面衬挂绝缘衬里 。当导电的液体在导管中流动时，导电液体切 割磁力线，于是在和磁场及液体流动方向垂直 的方向上产生感应电动势，如果在管道截面上 安装一对电极，则两电极间将产生感应电势为 ： 所以，只要测量出感应电势的大小，就知道到 流速，最终可计算出流量；唯实惟新 至诚致志 7.5 电磁流量计 特点： 测量导管内没有可动部件，也没有任

16、何阻碍流 体流动的节流部件，所以不会引起任何附加的 压力损失，是阻力最低的流量仪表之一； 适于测量各种特殊液体的流量，如脏污介质、 腐蚀性介质及悬浊性液固两相流等； 测量过程中，流量不受被测介质的温度、黏度 、密度以及电导率（在一定范围）的影响； 测量范围广，电磁流量计的输出只与被测介质 的平均流速成正比，而与流动状态（层流或紊 流）无关；唯实惟新 至诚致志 7.5 电磁流量计 特点： 电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量 脉动流量，也可测量正反两个方向的流量； 工业用电磁流量计的口径范围极宽，为 DN22400 mm； 测量准确度可达0.51.0级；且输出与流量呈线 性关系； 对直管段要求不高，使用比较方便；唯实惟新 至