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1、第三节 流量测量及变送,概述差压式流量计靶式流量计转子流量计容积式流量计旋涡流量计质量流量计,常用单位：t/h，kg/h 等。,一、概 述,单位时间内流过某一截面的流体数量。可采用体积或质量流量来表示。,2.体积流量,单位时间内流经某一有效截面的流体体积 。,3.质量流量,单位时间内流经某一有效截面的流体质量。,常用单位：L/h， /h 等 。,1.瞬时流量,4.累积流量(总量) 某一段时间内流经某一有效截面的流体总和。,（1）体积累积流量 某一段时间内流经某一有效截面的流体体积总和。,常用单位：L，m3 等,（2）质量累积流量 某一段时间内流经某一有效截面的流体质量总和。,常用单位：T，kg
2、 等,测量瞬时流量的仪表一般称流量计，而测量累计流量(总量)的仪表称为计量表（总量表）。,5.流量测量仪表的分类,（1）速度式流量计,主要是以测量流体在管道内的流动速度。如差压式流量计、转子流量计、靶式流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。,（2）容积式流量计,主要利用流体在单位时间内连续通过固定容积的数 目。如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。,（3）质量式流量计,主要利用测量流过流体的质量。,（一）概述,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。,二、差压式流量计,差压式流量计的组成:,1.节流装置(节流元件和取压装置) vP,2.引压管路与三阀组,3.差压计(差压
3、变送器) P 4-20mA信号输出,将P 差压计, 回零检查及维修。,（二）节流原理及流量方程,1.节流原理分析,节流元件：改变管道中流体 流通截面积的元件。,动压能与静压能转换的原理。,流体流经节流元件将vP，测量P 来进行流量测量。,流体流经节流元件产生压力变化,工作原理：,2.流量基本方程,根据流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)得出。,流动连续性方程,伯努利方程,式中 节流元件前、后压力；,节流元件前、后流体的流速；,流体的密度；,阻力系数；,管道截面积，节流元件开孔截面积。,整理得：,式中 流量系数； 节流装置上游流体密度； P节流装置前后测得的差压； 节流件的
4、开孔截面积； 膨胀校正系数（液体=1;可压缩流体1）；,根据已知数据设计、加工、制造和安装的节流装置,无需进行标定,可直接用于流量测量。它包括节流元件和取压装置。,标准节流装置：,3.节流装置,1）标准节流元件, 标准孔板,孔板是一块加工成同心圆的具有锐利直角边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角。,特点：,a.压力损失较大；,b.一般只适用于洁净流体。, 标准喷嘴,特点：,a.压力损失略小于孔板；,b.对带有污垢的流体介质较为适宜；,喷嘴和长径喷嘴。由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与之相接的圆筒形喉部组成。, 标准文丘利管,上、下游取压口应做成单独管壁取压口形式, 由均压环将几个取
5、压口连接起来。,4.标准取压方式,1）角接取压:有两种取压方式 环室取压:在节流元件上、下游两侧端面有一道 环形缝隙产生的静压经缝隙进入环室。,单独钻孔取压:在节流元件两侧端面法兰上直接取压。,适用于孔板、喷嘴。,2）法兰取压:距节流件前后端面1英寸(25.4mm)处取压。,仅适用于孔板。,3）径距取压:距节流件前端面1D、节流件后端面D-D/2 处取压,适用于孔板和喷嘴。,（三）差压式流量计的测量误差,1.节流装置的安装,(1)节流元件的人口端面要与管道轴线垂直,其偏差 不超1。,(2)保证节流元件与管道同心,不同心度不的超过 0.015D(D/d-1)(D:管道直经;d:孔板开孔直经)。,
6、(3)节流元件前、后保持有足够的直管段,节流元件 前有15-20D的直管段。节流元件后有5D的直管段。,(4)在直管段内不允许安装测量元件或开设取压口,管 内表面应光滑。,(5)注意节流元件的安装方向。,从安装中找原因,2.取压点的选择,取压点对不同检测介质有不同要求,如图所示,测液体时, 取压点在节流装置中心水平线下方,测气体时, 取压点在节流装置中心水平线上方,测蒸气时, 取压点在节流装置中心水平线位置引出。,3.引压管线的安装,(1)引压管线内经一般不小于6mm一般在10-18mm之间。,(2)长度不超过50m,最好在 16m之内。,(3)引压管线水平敷设时,要 有1:10-1:20的倾
7、斜度。,(4)如被测介质有腐蚀性时应 在引压管上加隔离罐(如 图所示)。,(5)引压管上应安装阀门。,仪表在管道上方,仪表在管道下方,4.差压计与三阀组的安装,节流装置只是产生差压,差压计将差压测量出来用于显示、记录或控制。,（1）差压计,差压变送器,安装在能满足正常工作条件下的场合 （温度、湿度、腐蚀性、振动等）。,（2）三阀组,三阀组作用：,1.防止差压计启动和停运时,由 于单向受压而损坏。,启动顺序：打开平衡阀2；打开切断阀1或3（先后无关）;关闭平衡阀2。,关闭顺序：关闭切断阀1或3(先后无关);打开平衡阀2。,2.差压计回零检查。,特点：,1.测量精度1%；,2.测量元件使用寿命长；
8、,3.可测量各种工况下的单项流体的流量；,5.量程比3 :1（ ）；,6.仪表刻度是非线性；,7.压力损失大。,4.适应管经50-1000mm；,一体化差压流量计,1、DDZIII型差压变送器的测量范围为0-25000Pa， 相应流量为0-320m3h，求当输出信号为12mA 时，输入差压是多少?相应流量是多少?,2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为0-320m3/h， 电动型差压变器的量程为0100KPa，问： (1)当变送器输出13mA时，对应流量是多少? (2)若采用量程为0125KPa的变送器，此时变送器的 输出应为多少?,三、转子流量计,1.工作原理,转子在垂直锥形管中随流量变化
9、而升降,改变流通面积进行流量测量。,也可以说利用节流的原理工作的。,图3-27,转子受力分析：,流体流动通过转子时产生节流, 产生压力差；,因此, 压差作用在转子上, 形成向上力, 转子最大截面积。,转子自重与浮力之差,当转子在某一位置平衡时：,在流体力学中,恒压降式流量计,介质的密度,如果锥形管的锥角是,面积式流量计,2.特点：,1.结构简单,玻璃管的转子流量计读数方便,直观。,2.可以测量腐蚀性介质。受被测介质密度、粘度、温 度、压力等因素影响,精度较低,最高1.0级左右。,3.压力损失小一般只有50-500Pa。,4.常用仪表口径4050mm以下,最小可到14mm。玻 璃管流量计最大口径
10、100mm,可以测量小流量几升/ 小时几百立方米/小时。,6.用于就地指示,不能用于高温、高压场合,不能远 传,易碎。,5.转子流量计只能用于自下向上垂直流动的管道安装。,用于远传,高温、高压场合。,3.远传式转子流量计,4.转子流量计示值修正,流量计的刻度是在工业标准状态(20，0.101325MPa)下,以水(液体)或空气(气体)为介质单独标定得到的。实际使用时,若被测介质密度或工作状态不同,必须进行修正。,1）液体流量的修正,标定时：,实测时：,则修正公式为：,2）气体流量的修正,通常还需要将工作状态下的实际气体流量转换为工业标准状态下的实际流量：,标定时：,实测时：,工作状态下的流量：
11、,四、椭圆齿轮流量计,常用：椭圆齿轮流量计、罗茨流量计(腰轮流量计)、 刮板流量计等。,1.原理：应用容积法测流量。,测量元件将流体连续不断地分割成固定体积的单元体。根据测量元件的动作次数得到总量。即容积分界法。,式中 V0 固定体积; n 测量元件的转数; k 与流量计结构有关的系数。,2.椭圆齿轮流量计,图a位置,P1 P2 ,A为主动轮,B为从动轮；,图b位置,A、B均为主动轮；,图c位置,B为主动轮,A为从动轮；,3.特点：,1）泄露量： 主要取决于两个齿轮之间以及与壳体之间的间隙。 流体粘度小会降低精度。,2）压力损失： 主要取决于流体粘度。粘度大,压力损失大。,3）适用介质： 测量
12、液体流量,可以测量腐蚀性介质的流量。,4）最小流量： 不同仪表都有一允许值。,6）管道口径:为10250mm。,7）适合中、小流量测量:测量范围为3l540 M 3/h。,8）准确度:0.2 0.5 。,5）仪表安装： 椭圆齿轮的轴与地面平行,仪表前应加过滤器。 如果仪表安装在垂直管道时,应安装在旁路。,五、涡轮流量计,1、工作原理,流体冲击涡轮叶片使涡轮的旋转速度随流量的变化而变化, 最后从涡轮的转数求出流量值。,方框图,由两部分组成: 变送器、显示仪表,交变电信号的频率与涡轮转数成正比，也即与流量成正比。这个电信号经前置放大器放大后, 送往电子计数器或计, 以累积或指示流量。,式中：N脉冲
13、总数； 仪表常数。,2.特点：,1）精度高,可以做到0.5级以上,在狭小范围可以 达到0.1%,可作流量仪表的准确计量表。,2）反应快,可测脉动流量,输出信号为电频率信号。 便于远传,不受干扰。,3）量程范围宽(10：1-20：1),刻度是线性。,4）涡轮流量计的涡轮容易磨损,被测介质中不应带 机械杂质。一定应加过滤器。,5）安装时,必须保证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10倍以上,出口取 5倍以上。,六、电磁流量计,使用于测量具有导电性的液体流量, 例如: 酸、碱、盐溶液以及含有颗粒（泥浆）或纤维液体的流量。,1.结构与原理,结构：检测和转换两部分组成。,原理：电磁感
14、应定律 （发电机原理）。,式中 Ex感应电动势; B磁感应强度; D管道内经,即流体垂直切割磁力线的长度； V液体流速; C系数。,代入上式得,2.特点：,1）阻力小,几乎不受介质密度、压力等参数的影响。,2）可测含有固体、纤维、泥浆等液体。,3）可测脉动流量,反映迅速。,4）输出电流I0与流量Q是线性。,5）量程比大,可达100:1(口经从1mm1000mm以上)。,6）使用介质温度为0200,工作压力为06.4MPa,7）成本高。,3.按装,1）流体必须充满管道,可以垂直按装(流体自下往 上流过)。,2）如安装在水平管道,应装在U型管上。,4）停用仪表时(调零)一定先关出口阀,再关入口阀。
15、,3）仪表安装旁路阀。,安装在垂直管道上,按装在在水平管道上,旁路阀,旁路阀,七、旋涡流量计,应用流体振荡原理测量流量。(流体自然振动),涡街流量计,垂直于流体方向插入非流线形柱状物, 流速达到某一数值时,其下游两侧会交替产生方向相反的漩涡, 称涡街。,当满足 h/l=0.281 时,涡街保持稳定。单侧漩涡频率与流速的关系：,St 斯特罗哈尔(Strouhal)系数；V 发生体两侧平均流速；D 旋涡发生体的迎流面最大度。,相似理论证明:几何形状相同的漩涡发生体,无论尺寸大小,只要在相似的流场中(雷诺数相等),就具有相同的斯特罗哈尔系数，对圆柱漩涡发生体：St=0.21，对三角柱体:St=0.16，对方形柱体:St=0.12，对矩形柱体:St=0.17。,K流量计系数，脉冲数/m3,当管道和旋涡发生体尺寸一定,K为常数,测得旋涡频率 f , 即可知流量。,
