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1、第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表一、概述一、概述1.流量、流量、总流量的定流量的定义流量流量:单位位时间内通内通过管道某一截面的流体数量的大小。管道某一截面的流体数量的大小。总量量:在某一段在某一段时间内流内流过管道流量的管道流量的总和。和。流量和流量和总量可用量可用质量量表示表示,还可用可用体体积表示。表示。质量量流量流量(M)和和体体积流量流量(Q)之之间的关系是的关系是:M=Q-流体的密度，流体的密度，M单位位为kg/h；Q单位位为m3/h,流量和流量和总量之量之间的关系的关系:测量流体流量的量流体流量的仪表叫流量表叫流量计,测量流体量流体总量的量的仪表表叫叫计量表。量表。2.
2、流量流量计的分的分类速度式流量速度式流量计:以以测量流体在管道内的速度作量流体在管道内的速度作为测量依量依据来据来计算流量的算流量的仪表。如表。如差差压式流量式流量计、转子流量子流量计、电磁流量磁流量计、涡轮流量流量计等。等。容容积式流量式流量计:单位位时间内所排出流体的固定容内所排出流体的固定容积的数目的数目作作为测量依据来量依据来计算流量的算流量的仪表。如表。如椭圆齿轮流量流量计、活塞式流量活塞式流量计等。等。质量式流量量式流量计:以以测量流体流量流体流过的的质量量为依据的流量依据的流量计。分直接式流量分直接式流量计和和间接式流量接式流量计。它有。它有测量精度不受量精度不受流体的温度、流体
3、的温度、压力、粘度等力、粘度等变化影响的化影响的优点。有点。有发展前展前途的途的仪表。表。一、概述一、概述工作原理工作原理:基于流体流动的基于流体流动的节流原理节流原理,利用流体流经节流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。装置时产生的压力差而实现流量测量的。组成组成:节流装置节流装置、差压计差压计(差压差压变送器变送器)、显示仪表显示仪表。二、差压式流量计二、差压式流量计节流装置节流装置变送器变送器显示装置显示装置压差压差 p标准信号标准信号Q1.节流现象与流量基本方程节流现象与流量基本方程(1).节流现象节流现象节流现象节流现象:流体在流经节流装置的管道时流体在流经节流装置的
4、管道时,在节流装置前后在节流装置前后的管壁处的管壁处,流体的静压力产生差异的现象。流体的静压力产生差异的现象。节流装置节流装置:包括节流件、取压装置。包括节流件、取压装置。节流件节流件:使管道中的流体产生局部收缩的元件。如孔板、使管道中的流体产生局部收缩的元件。如孔板、喷嘴和文丘里管等。喷嘴和文丘里管等。以孔板为例说明以孔板为例说明节流现象节流现象:如下图所示：如下图所示：流动的流体具有能量流动的流体具有能量,即即静压能和动能静压能和动能。流体由于有。流体由于有压力压力而具有而具有静压能静压能,又由于流体有流动又由于流体有流动速度速度而具有而具有动能动能。两者。两者在一定的条件下可相互转化在一
5、定的条件下可相互转化,但能量是守恒的。但能量是守恒的。取压装置取压装置孔孔板板-(1).节流现象节流现象随后流束又逐渐扩大随后流束又逐渐扩大,到截到截面面后恢复正常后恢复正常v3=v1。(1).节流现象节流现象孔板前后流体的速孔板前后流体的速度与压力的分布图度与压力的分布图截面截面前前,流速流速v1,静压力静压力P1接近节流装置时接近节流装置时,受到节流装受到节流装置的阻挡置的阻挡,靠近管壁的流体阻靠近管壁的流体阻挡作用最大挡作用最大,使一部分使一部分动能动能转转换为换为静压能静压能,靠近管壁处的靠近管壁处的流体流体静压力升高静压力升高。径向压差径向压差由于惯性作用由于惯性作用,流束的最小流束
6、的最小截面在截面在处处,这时流速最大这时流速最大v2。产生径向附加速度产生径向附加速度,使流体向管道使流体向管道中心处流动中心处流动,形成流束的收缩运动。形成流束的收缩运动。节流装置前后压差的大小与流量节流装置前后压差的大小与流量有关。流量越大有关。流量越大,产生压差就越大。产生压差就越大。节流装置测量流量的节流装置测量流量的基本原理：基本原理：只要测出孔板前后两侧压差的大只要测出孔板前后两侧压差的大小小,即可表示流量的大小。即可表示流量的大小。节流装置前压力高节流装置前压力高,称为正压称为正压,记为记为“+”;节流装置后压力低节流装置后压力低,称为负压称为负压,记为记为“-”。(1).节流现
7、象节流现象孔板前后流体的速孔板前后流体的速度与压力的分布图度与压力的分布图(2).流量基本方程式流量基本方程式由流体力学的由流体力学的伯努利方程伯努利方程和和流体连续性方程式流体连续性方程式而得：而得：节流件前的流体密度节流件前的流体密度;P节流节流装置装置前后压力差前后压力差; F0节流节流装置装置的开孔截面积的开孔截面积;膨胀校正系数膨胀校正系数,与孔板前后压力的相对变化量与孔板前后压力的相对变化量.介质的介质的等熵指数等熵指数.孔口截面积与管道截面积之比等因素有关孔口截面积与管道截面积之比等因素有关,应用时可查阅手册。应用时可查阅手册。但对不可压缩的液体但对不可压缩的液体,取取=1。流量
8、系数流量系数,与节流装置的结构形式与节流装置的结构形式.取压方式取压方式.孔口截孔口截面积与管道截面积之比面积与管道截面积之比.雷诺数雷诺数.孔口边缘锐度孔口边缘锐度.管壁粗糙管壁粗糙度等因素有关度等因素有关的综合性参数的综合性参数;标准节标准节流装置流装置,查阅手册。查阅手册。对非标准节流装置对非标准节流装置,由实验方法确定。在设计节流装置由实验方法确定。在设计节流装置时时,对对特定条件特定条件,选定一个值选定一个值。节流装置测量流量时节流装置测量流量时,应在应在设计规定的条件下使用设计规定的条件下使用,流量流量方方程中各系数才能为常数程中各系数才能为常数,保证测量的准确度。如果保证测量的准
9、确度。如果实际使实际使用条件偏离设计值用条件偏离设计值时时,会引入会引入附加误差附加误差,要做要做适当修正。适当修正。,流量标尺刻度是非均匀的。为了保流量标尺刻度是非均匀的。为了保证测量的准确证测量的准确,被测值不应接近仪表的下限值。被测值不应接近仪表的下限值。(2).流量基本方程式流量基本方程式(1).定义定义:进行设计计算时进行设计计算时,有有统一标准统一标准的的规定、要求和计算所需要的通用化的实规定、要求和计算所需要的通用化的实验数据资料的节流装置。验数据资料的节流装置。如如孔板、喷嘴、文丘里管孔板、喷嘴、文丘里管等。使用时可等。使用时可查阅有关资料手册。查阅有关资料手册。图3-19孔板
10、断面示意孔板断面示意图标准孔板标准孔板:h=0.0050.02DhH0.05D30 45 0.2d/D0.8,且且d12.5mm2.标准节流装置标准节流装置角接取压法角接取压法:孔板孔板(喷嘴喷嘴)前后两端面与管壁的夹角处取压。前后两端面与管壁的夹角处取压。法兰取压法法兰取压法:离开孔板上下游各离开孔板上下游各1英寸处取样。英寸处取样。标准孔板采用角接取压法和法兰取压法。标准孔板采用角接取压法和法兰取压法。标准喷嘴采用角接取压法。标准喷嘴采用角接取压法。角接取压法通过环室或单独钻孔结构实现的。角接取压法通过环室或单独钻孔结构实现的。2.标准节流装置标准节流装置(2).标准节流装置的取压方式标准
11、节流装置的取压方式(P= P1-P2)环室测量范围环室测量范围:6.4MPa以下以下,管道直径在管道直径在50-520mm之间。之间。单独钻孔测量范围单独钻孔测量范围:2.5MPa以下以下,管道直径管道直径50-1000mm。标准孔板的特点标准孔板的特点:测量精确测量精确,但对加工制造和安装要求严。但对加工制造和安装要求严。缺点是压力损失大。缺点是压力损失大。标准节流装置适用管道直径大于标准节流装置适用管道直径大于50mm,雷诺数雷诺数104-105以上以上,且流体清洁且流体清洁,充满全部管道充满全部管道,不发生相变。不发生相变。2.标准节流装置标准节流装置(2).标准节流装置的取压方式标准节
12、流装置的取压方式(P= P1-P2)节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小,差压信号由导压管引出差压信号由导压管引出,传递到相应的差压计传递到相应的差压计,以便显示出以便显示出流量的数量。流量的数量。使用不当使用不当,引起误差引起误差(10%-20%)。要合理选型。要合理选型,准确设计和准确设计和加工加工,正确安装正确安装.维护和符合使用条件等维护和符合使用条件等,才能保证精度。才能保证精度。造成测量误差的原因：造成测量误差的原因：(1).被测流体工作状态的变动被测流体工作状态的变动,可引起测量误差可引起测量误差使用时被测流体工作状
13、态及雷诺数等参数与设计时不同使用时被测流体工作状态及雷诺数等参数与设计时不同,会造成较大的误差。须重新设计会造成较大的误差。须重新设计,或将数值修正。或将数值修正。3.差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差(2).节流装置安装不正确节流装置安装不正确,可引起测量误差可引起测量误差安装时安装时,节流装置标注的节流装置标注的“+”号一侧号一侧,应是流体的入口方应是流体的入口方向。向。孔板时孔板时,使流体从孔板使流体从孔板90锐口的一侧流入。使用中锐口的一侧流入。使用中,要保要保持节流装置的清洁。持节流装置的清洁。(3).孔板入口边缘的磨损可引起测量误差孔板入口边缘的磨损可引起测量误差,从而引
14、起仪表从而引起仪表指指示值偏低。示值偏低。故应注意检查故应注意检查.维修维修,必要时应换新的孔板。必要时应换新的孔板。(4).导压管安装不正确导压管安装不正确,或有堵塞或有堵塞.渗漏现象可引起误差。渗漏现象可引起误差。(5).差差压计安装或使用不正确会引起安装或使用不正确会引起测量量误差。差。造成测量误差的原因：造成测量误差的原因：导压管安装的要求：导压管安装的要求：A.测量液体的流量时测量液体的流量时应使两根导压管内充满同样无气泡的液体应使两根导压管内充满同样无气泡的液体,即密度相同。即密度相同。措施如下措施如下:a.取压点位于节流装置的取压点位于节流装置的下半部下半部,与水平线夹角为与水平
15、线夹角为0o-45o,可排气泡可排气泡,又可防堵塞又可防堵塞,如图。如图。b.导压管最好垂直向下导压管最好垂直向下,至少应有一定的倾斜度至少应有一定的倾斜度(1:201:10),使气泡易于排出。使气泡易于排出。c.导压管中管中应有排气的装置。如差有排气的装置。如差压计只能装在只能装在节流装置流装置之上之上时,须加装加装贮气罐气罐,如如图(b)。导压管安装的要求导压管安装的要求:B.测量测量气气体的流量时体的流量时导压管内的流体密度相同管内的流体密度相同,气体中气体中无液体无液体,措施如下：措施如下：a.取取压点点应位于位于节流装置的上半部。流装置的上半部。b.导压管最好垂直向上管最好垂直向上,
16、至少至少应有一有一定的定的倾斜度斜度,使使导压管不滞留液体。管不滞留液体。c.如差如差压计只能装在只能装在节流装置之下流装置之下时,须加装加装贮液罐液罐和和排放排放阀。如。如图。须解决蒸汽冷凝液的等液位问题须解决蒸汽冷凝液的等液位问题,消除液位的高低对测量消除液位的高低对测量精度的影响。如图。精度的影响。如图。导压管安装的要求导压管安装的要求:C.测量蒸汽的流量时测量蒸汽的流量时测量测量腐蚀性液体流量腐蚀性液体流量,须加隔离措施须加隔离措施。(5).差差压计安装或使用不正确会引起安装或使用不正确会引起测量量误差。差。P1+-123P2停用停用时:先开平衡先开平衡阀3,再关切断再关切断阀1.2。
17、差差压计安装安装:一平衡一平衡阀3和两个切断和两个切断阀1.2,构成三构成三阀组。差差压计使用使用时:先开平衡先开平衡阀3,使正使正负压室室压力相等力相等,后打开后打开切断切断阀1.2,再关平衡再关平衡阀3,差差压计投入工作。投入工作。零点校零点校验:开平衡开平衡阀3,关关闭切断切断阀1.2时,校校验零点。零点。JYLB一体化一体化节流式流量流式流量计一体化一体化节流式流量流式流量计是将是将节流流装置和差装置和差压变送器做成一体送器做成一体,差差压变送器与流量送器与流量显示示设备通通过各种模式的通各种模式的通讯,构成流量构成流量检测系系统。该系系统除能除能进行行压力力补偿外外,还可手操迁移量程
18、等可手操迁移量程等三、转子流量计三、转子流量计FG1.工作原理工作原理压降不变压降不变,利用节流面积变化来测量流量的大小。利用节流面积变化来测量流量的大小。适用测小流量适用测小流量,管径管径50mm以下管道的流量。以下管道的流量。测量的流量可小到每小时几升。测量的流量可小到每小时几升。结构结构:由下往上逐渐扩大的由下往上逐渐扩大的锥形管锥形管和放和放在锥形管内可自由运动的在锥形管内可自由运动的转子转子组成。组成。特点特点:结构简单结构简单,是一种是一种恒压降、变节流恒压降、变节流面积面积具有具有线性刻度线性刻度的流量计。的流量计。F:流体流过锥形管时转子受到的向上力。流体流过锥形管时转子受到的
19、向上力。G:转子的重量减去流体对转子的浮力。转子的重量减去流体对转子的浮力。三、转子流量计三、转子流量计FGA-转子最大横截面积转子最大横截面积;V-转子体积转子体积;t.f-分别为转子和流体的密度分别为转子和流体的密度。1.工作原理工作原理流量方程流量方程:h-平衡时转子的高度平衡时转子的高度;-仪表常数。仪表常数。F0-转子与锥形管间环隙面积。转子与锥形管间环隙面积。将反映流量大小的转子高度转换为电信号将反映流量大小的转子高度转换为电信号,适合于远传适合于远传,进行显示或记录。进行显示或记录。(1).流量变送部分流量变送部分:组成组成:差动变压器差动变压器,即铁心、即铁心、线圈及骨架组成。
20、线圈及骨架组成。LZD系列电远传式转子流量计系列电远传式转子流量计由由流量变送和电动显示两部分组成。流量变送和电动显示两部分组成。2.电远传式转子流量计电远传式转子流量计原理原理:当铁心在中间位置时当铁心在中间位置时,次级线圈中产生的感应电动势次级线圈中产生的感应电动势e1、e2相等。相等。u=e1-e2=0当铁心向上移动时当铁心向上移动时,e1e2,u=e1-e20。当铁心向下移动时当铁心向下移动时,e1e2,u=e1-e2p2,在二者产生的合力矩下在二者产生的合力矩下,A轮顺时针转动轮顺时针转动,这时这时A轮为主动轮轮为主动轮,B轮为从动轮。轮为从动轮。在图在图(b)所示位置所示位置时时,
21、根据力的分析可根据力的分析可知知,这时这时A、B都为都为主动轮。主动轮。1.工作原理工作原理当继续转至当继续转至(c)所示位置时所示位置时,p1和和p2在在A轮上的合力矩为零轮上的合力矩为零,作用在作用在B轮上的合力矩使它作逆时针转动轮上的合力矩使它作逆时针转动,把已吸入的半把已吸入的半月形容积内的介质排出出口月形容积内的介质排出出口,这时这时B轮为主动轮轮为主动轮,A轮为轮为从动轮从动轮,与图与图(a)所示情况刚好相反。所示情况刚好相反。这样这样,A轮和轮和B轮交替地一个带动另一个转动轮交替地一个带动另一个转动,把被测介质把被测介质以半月形容积为单位一次一次地由进口排至出口。从以半月形容积为
22、单位一次一次地由进口排至出口。从(a)(b)(c)只表示椭圆齿轮转了只表示椭圆齿轮转了1/4周的情况周的情况,而排出而排出被测介质为一个半月形容积被测介质为一个半月形容积,则每转一周所排出的被测则每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的介质量为半月形容积的4倍。即通过椭圆齿轮流量计的倍。即通过椭圆齿轮流量计的体积流量体积流量Q为为:n-椭圆齿轮的旋转速度；椭圆齿轮的旋转速度；V0-半月形测量室容积。半月形测量室容积。2.使用特点使用特点椭圆齿轮流量计是基于容积测量原理的椭圆齿轮流量计是基于容积测量原理的,与流与流体的粘度等性质无关。特别适用于粘度介质体的粘度等性质无关。特别适用于粘度介质的流量
23、测量。高测量精度高的流量测量。高测量精度高,压力损失小压力损失小,安安装方便。但被测介质不能含有固体颗粒装方便。但被测介质不能含有固体颗粒,更不更不能夹杂机械物能夹杂机械物,否则会引起齿轮磨损否则会引起齿轮磨损,以至损以至损坏。在椭圆齿轮流量计的入口端须加装过滤坏。在椭圆齿轮流量计的入口端须加装过滤器。器。但椭圆齿轮流量计结构复杂但椭圆齿轮流量计结构复杂,加工制造较难加工制造较难,因因而成本高。如使用不当或使用时间过久而成本高。如使用不当或使用时间过久,发生发生泄漏现象泄漏现象,会引起较大测量误差。会引起较大测量误差。LC系列系列椭圆齿轮流量流量计(油表油表)是容是容积式流量式流量计中的主要中的主要类型型,用于用于计量在一量在一定定压力下封力下封闭管道中管道中满管流的流体流量。它具管流的流体流量。它具有精确度高、可靠性好、有精确度高、可靠性好、寿命寿命长、量程范、量程范围大、大、压力力损失小、粘度适失小、粘度适应性性强强
