《流量检测与变送器》ppt课件

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1、第二章 检测仪表与变送器,自动化系 唐德东 023-65023732 逸夫科技楼I410,第四讲 流量检测与变送器,教学目的与要求：了解流量的概念,流量检测仪表的分类，理解其工作原理;掌握各种流量计的特点及应用范围。,教学重点：节流式流量计、速度式流量计、容积式流量计。 教学难点：节流式流量计、速度式流量计,一、基本概念,瞬时流量、累积流量。,体积流量、质量流量,流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。 流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。,二、差压式流量计 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

2、体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量。,节流现象 流体在流过节流装置时，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。,节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的元件，应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管等。,节流原理 具有一定能量的流体，才可能在管道中流动。流动着的流体含有两种能量静压能和动能。,静压能表现在流体对管壁的压力，动能表现在流体有流动速度。这两种能量在一定条件下可以互相转化。,截面处能量= 截面处能量+损耗,但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量的情况下，流体所具有的静压能和动能，加上克服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。

3、即：,静压能 动能 静压能 动能 损耗,根据伯努力方程可列出：,式中： 为流体在截面-与-之间的动能损失系数； g 为重力加速度；,1、2 为流体在截面-和-处的密度。 如果流体是不可压缩的，那么1= 2= ,S1、S2分别为-和-处的流束截面积。,v1S1 =v2S2,又因截面、处体积流量应相等，有,联立求解两式，可得出：,S0孔板的开孔面积。 另外，取紧挨孔板前后的管壁压差（P1- P2）代替（P1- P2），为此引用系数 加以修正：,为简化计算，引入两个系数： 截面收缩系数 孔板口对管道的面积比m,代入v2式，得,因体积流量：Q = v2 S0,称流量系数,将,令,体积流量,质量流量,结

4、论：流量与节流件前后压差的平方根成正比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。,则得到（不可压缩的流体）流量基本方程式：,如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。,故流量系数与节流装置的结构形式、取压方式、开孔面积与管道截面积之比m、管壁粗糙度、流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般通过实验确定。因此，节流装置都是标准化的，由厂家提供数据。,因为,动能损失系数,标准节流装置 标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。标准节流件有：,孔板,喷嘴,文丘里管,标准取压方式,国家规定标准的取压方式有

5、角接取压、法兰取压和DD/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，再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出,当采用单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以90与管道轴线相交,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D500mm时，一般采用单独钻孔取压。,法兰取压和DD/2取压,法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组

6、成 取压口轴线距离孔板上、下端面均为25.4mm（1英寸）,DD/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）,标准节流装置使用条件 流体应当清洁，充满圆管并连续稳定地流动。 流体的雷诺数在104105以上，不发生相变。 管道必须是直的圆形截面，直径大于50mm。 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、下游必须配置一定长度的直管段。,差压式流量计适合于大于50mm的管道，且要求前后有一段一定长度的直管段。,差压式流量计的安装,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

7、装不正确，或有堵塞、渗漏现象 差压计安装或使用不正确,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。,（1）导压管的安装,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(液体、气体），导压管的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。,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液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。,（1）导压

8、管的安装,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,（1）导压管的安装,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。,1节流装置；2引压导管；3差压变送器；4贮液罐；5排放阀,（1）导压管的安装,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,测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，必须解决蒸汽冷凝液的液位问题，

9、以消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。,（1）导压管的安装,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。,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。,（2）差压变送器安装,隔离罐的两种形式,1，2切断阀；3平衡阀,三、 转子流量计 在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流体的流速低，要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。,差压式流量计对管径小于50mm、低雷诺数的流体的测量精度是不高的。而转子流量计则特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。,工作原理,孔板流量计：,节流面积不变,流量变化,

10、压差发生变化,转子流量计：,压差不变,流量变化,节流面积发生变化,故：转子流量计是以定压降、变节流面积法测量流量的。,由于锥形管由下往上逐渐扩大，所以S0是转子浮起的高度的函数。,根据转子浮起的高度h就可以得出被测介质的流量大小。,1、锥形管是玻璃的，直接目视转子的位置。 2、在转子内安装磁铁，锥形管外安装磁环随转子上下移动，触发显示。,转子位置信号的引出：,1,2,3、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的水平分量和垂直分量，可确定转子位置。,4、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。,从流量公式可知，流量值与被测流体密度有关。为了便于成批生产，生产厂是

11、在工业标准状态下（20，0.10133MPa），用水或空气进行标度。,对液体测量，仪表示值代表20时水的流量值。 对气体测量，则是代表20，0.10133MPa压力 下空气的流量值。 实际使用时，须对指示值进行修正。,液体流量测量时的修正,如果某转子流量计的转子高度为h，如果介质为20的水，则流量qv0与h的关系满足：,式中：qv0为用水标定时的流量刻度 w为水的密度,如果介质不是20的水，则流量qvf与h的关系满足：,qvf和f分别为被测介质的实际流量和密度,如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则有,刻度流量,实际流量,修正系数,例,现有一只以水标定的转子流量计用来测量

12、苯的流量，已知转子的材料为不锈钢（密度7.9g/cm3），苯的密度为0.83g/cm3 ，请问流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流量是多少？,解：,修正公式,因此,质量流量的修正公式,转子流量计的特点,转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量； 流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高； 流量计的基本误差约为仪表量程的土2，量程比可达10：1 流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。,四、 靶式流量计 使用悬在管道中央的靶作为节流元件，流体作用于靶上的推力与流速有定值关系。推力F 经杠杆引出，由力平衡变送器测出。,理论分

13、析及实验证明，流体作用于靶上的推力F 与流体流速 v 的平方成正比,式中: k靶的推力系数； Sd 靶的受力面积； 流体比重； g 重力加速度； v 靶与管璧间环形间隙中流体平均流速,式中，,流量系数,和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。 可用于较小的雷诺数状态，特别是于高粘度的流体，如重油、沥青等的流量测量。 精度为23%。,则,而通过管道的体积流量 Q=S0v,五、 容积式流量计直接测量,基本工作原理,“一碗一碗”计量,转子每旋转一周，就排出四个由椭圆齿轮与外壳围成的半月形空腔的流体体积(4V)。在V一定的情况下，只要测出流量计的转速n就可以计算出被测流体的流量,流量方程,特点和要求,

14、计量精度高，一般可达0.20.5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10150mm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，容积式流量计一般不宜在高温或低温下使用。,椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计是利用两个相互啮合的椭圆形齿轮在流体的推动下，连续转动来测流量的。,当流体要流过椭圆齿轮时，进口侧压力p1大于出口侧压力p2，在此压力差的作用下，产生作用力矩使椭圆齿轮转动。,图

15、（a）位置时，由于p1 p2，所产生的合力矩使A轮顺时针方向转动。A带动B转动。 转至（b）位置，A轮与B轮均为主动轮。 转至（c）位置，合力矩使B轮带动A轮转动。 A 、B轮转动时，连续将半月形容积内的流体排出。,此图表示椭圆齿轮转动了1/4周的情况，其排出的流体为一个半月形容积V0。所以，椭圆齿轮每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的4倍。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为： Q = 4nV0 n齿轮转速,如果累计齿轮转速，则得到体积总量。,V0,特点 由于椭圆齿轮流量计是基于容积式原理测量的，与流体的粘度、密度、雷诺数等参数无关。因此，安装时不需要有直管段，对流体的流动状态无要求，特别

16、适用于高粘度介质的流量测量。测量精度高，最高可达0.1%。,椭圆齿轮流量计的使用温度不能过高，否则可能使齿轮膨胀卡死。另外被测流体中不能含有固体颗粒，否则会引起齿轮磨损以至损坏。,1、涡轮流量计 在测量管道内，安装一个可以自由转动的涡轮，当流体通过时，流体的动能使涡轮旋转。流体的流速越大，涡轮转速也就越高。,因此，测出涡轮的转速或转数，就可确定流过管道的流体流量或总量。日常生活中使用的某些自来水表、油量计等，都是利用这种原理制成的，都属于速度式仪表。,六、速度式流量计,涡轮上的螺旋形叶片用高导磁系数的不锈钢材料制成。,导流器用以稳定流体的流向,外壳由非导磁的不锈钢制成,涡轮流量计的工作过程 当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片就周期性地