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1、第一节流量检测与变送一、概述工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分别用m3/h、L/h 和 kg/h 等。流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表、煤气表等等。工业上常用的流量仪表可分为两大类。（ 1）速度式流量计 以测量流全在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计、冲量式流量计、激光流量计、堰式流量计和叶轮水表等。（ 2）容积式流
2、量计 它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、乔板式流量计和活塞式流量计等等。常用流量计的性能比较见表 2-1-18 。二、差压式流量计节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，仍是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。目前工业生产中应用有各种各样的节流装置，如图2-1-15 所示。上图所示的节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘里管和文丘利喷嘴。这四种节流元件历史悠久，试验数据完整，产品已标准化，所以称它们为“标准节流装置” 。其他形式的节流元件，如双重孔板、圆缺孔板等等，由于开头特殊，形容尚不深透，缺乏足够的实验数据，所以尚未标准化，故
3、称它们为特殊节流装置。这类特殊装置设计制造后，必须先进行标定，然后才能使用。节流元件具有结构简单，便于加工制造，工作可靠，适应性强，使用寿命长等优点。1 测量原理在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件变的，奕用节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。下这两种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不根据能量守恒定律及流体连续性原理，节流装置的流量公式可以写成：体积流量QF021（ 2-1-11 ）质量流量MF02p1（2-1-12 ）式中 M 质量流量， kg/s;Q体积流量， m3/s 流量系数； 流束膨胀系数；F0 节流装置开孔截面积， m2； 1 流体流经节流元件前的密度，kg/
4、m 3;p 节流元件前后压力差，即p=p 1-p2 ,pa。在计算时，根据我国现用单位的习惯，如果323单Q 的单位为 m/h，M 为 kg/ h， F 为 mm，p 为 pa，为 kg/m位时，则上述流量公式可换算为衫流量计算公式，即：Q0.003999d 2p1 ,m3 / h（ 2-1-13 ）M0.003999d 21p ,kg / h（ 2-1-14 ）式中 d 为节流元件的开孔直径，F0d 2。4我国自 1993年 8 月 1 日起采用 GB/T2624 93 标准，代替 GB2624 81 标准。 本标准适用于角接取压、 法兰取压、 D 和 D/2 取压的孔板、喷嘴和文丘利管的节
5、流装置；同时也只适用于管道公称通径为501200mm 的流量测量和管道雷诺数大于3150 的场合。GB/T2624 93 新标准采用流出系数C 来代替过去的流量系数。两者的换算关系如下；C= /E式中 E渐近速度系数，并由下式确定：4E1/12节流装置的取压方式节流装置的取压方式，就孔板而言有五种，如图2-1-16 所示；就喷嘴而言只有角接取压和径距取压两种。（ 1）角接取压上、下游侧取压孔轴心线与孔板（喷嘴）前后端面的间距各等于取压孔直径的一半或等于取压环隙宽度的一半，因而取压孔穿透处与孔板端面正好相平。角接取压包括环室取压和单独钻孔取压，如图中1-1。（ 2）法兰取压上、下游侧取压孔中心至
6、孔板前后端面的间距均为(25.40.8)mm ，如图 2-2。（ 3）径距取压上游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）前端面的距离为1D，下游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）后端面的距离为 1/2D，如图中 3-3。（ 4）理论取压法上游侧的取压孔中心至孔板中心至孔板前端面的距离为1D 0.1D; 下游侧的取压孔中心线至孔板后端面的距离随d的值大小而异详见表 2-1-19D表 2-1-19 理论取压时下游取压孔位置d/D下游取压孔位置d/D下游取压孔位置0.100.84D(1 0.30)0.500.63D(1 0.25)0.150.82D(1 0.30)0.550.59D(1 0.20)0.200.80D(1
7、 0.30)0.600.55D(1 0.15)0.250.78D(1 0.30)0.650.50D(1 0.15)0.300.76D(1 0.30)0.700.45D(1 0.10)0.350.73D(1 0.25)0.750.40D(1 0.10)0.400.70D(1 0.25)0.800.34D(1 0.10)0.450.67D(1 0.25)（ 5）管接取压上游侧取压孔的中心线距孔板前端面为2.5D ，下游侧取压孔中心线距孔板后端面为8D ，如图中5-5 所示。以下五种取压方式中，角接取压方式用得最多，其次是法兰取压院法。3标准孔板标准孔板的基本结构如图2-1-17 所示。标准孔板各部
8、分的加工要求如下：孔板前端面A 不允许有明显的划痕，其加工表面粗糙度要求：50mm D 500mm 时，为 Ra3.2 m;500 D 750mm 时 ,为 Ra6.3 m; 750mm D 1000mm 时，为 Ra12.5 m;孔板的后端面B 应与 A 平行 ,其表面粗糙度可适当降低.上游侧入口边缘 G 和圆筒形下游侧出口边缘应无刀痕和毛刺,入口边缘G 要求十分尖锐。标准孔板各部分的尺寸要求如下：孔板开孔圆筒形的长度 m,其出口边缘无毛刺.孔板的厚度E 应为 e E 0.05D,e 要求当管道直径为0.005D e0.02D, 表面粗糙度不能低于Ra1.650100mm之间时 , 允许 E
9、=3mm随.着管道直径D 的增加 ,E 也要适当加厚 . 当 Ee 时，其斜面倾角 F 应为 30o F45o，表面粗糙度为 Ra3.2 m，孔板的不平度在1%以内。孔板开孔直径 d 的加工要求非常精确，当 0.67 时,d 的公差为 0.001d;当 0.67 时 , d 0.005 d.图 2-1-18 的上半部分为环室取压,p1 由前环室取出,p2 由后环室取出 ,前环室宽度 c 0.2D, 后环室宽度 c 0.5D,环室壁厚 f 2a(a 为环缝隙的宽度 ),环腔横截面积gh 至少为 50mm2,g、 h 均不得小于 6mm，取压孔应是圆形的，直径为 4mm 10mm。图 2-1-18
10、 的下部分为单独钻孔取压方式示意图。孔板上游侧的静压力p1 由前夹紧环取出， p2 由后夹紧环取出。取压孔应为圆筒形，与孔板前后端面的夹角应小于或等于3o。两种取压孔的直径规定如下： 0.65 时 ,0.005D 0.03D 0.65 时 ,0.01D 0.02D(2) 法兰取压标准孔板图 2-1-19 为标准孔板使用法兰取压的安装图 . 从图中知法兰取压孔在法兰盘上, 上下游取压孔的中心线距孔板的两个端面的距离均为(25.4 0.8)mm, 并垂直于管道的轴线, 取压孔直径 d0.08D. 最好取 d 为 612mm之间 .法兰取压标准孔板可适用于管径D=50750mm和直径比 =0.10.
11、75 的范围内 .4. 差压变送器由节流元件、连接管路和差压变送器组成一体，统称为差压式流量计。目前国内生产的定型的差压变送器的主要技术性能见表2-1-20 。图 2-1-20 为 DDZ-差压变送器结构示意图。由图 2-1-20 看出，差压变送器由两部分组成，下半部分为测量部分，上半部分为转换部分。测量部分包括测量室、测量元件（膜盒）等，转换部分包括主杠杆、矢量机构、副杠杆、差动变压器、反馈机构、调零装置和放大器等。被测差压信号由高、低压室引入，在膜盒3 上转换为中力 Fi (F i =pi A,pi =p1-p 2,A 为膜盒有效面积) 。此力作用于主杠杆5 的下端，使主杠杆以轴封膜片4
12、为支点偏转，并以力Fi 沿水平方向推动矢量机构8。矢量机构8 将推力 Fi 分解成 F2 和 F3。F3 沿矢量板方向作用，被固定于基座上的矢量板平衡掉。F2 使矢量机构的推板向上移动，并通过连接簧片带动副杠杆14 以 M为支点逆时针转动，使固定在副杠杆上的差动变压器的检测片（衔铁）12 靠近差动变压器 13，使两者间的气隙减小，这时差动变压器的输出增加，并通过放大器15 放大为 420mA的输出电流I 0。当输出电流流过反馈动圈16 时，产生电磁反馈力Ff ，使副杠杆向顺时针方向偏转。当反馈力Ff 所产生的力矩与Fi 产生的力矩相等时，变送器便达到一个新的稳定状态，此时放大器输出电流即为变送器的输出电流，它与被测差压信号成正比。名称测量差压工作压力环境温精度输 出上限 paMpa度 信 号单腊盒差1006000.16,6.4-101502.5010mA10004000161.5030mV压变送器600
