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1、3.4 3.4 流量的检测与变送流量的检测与变送消费过程中要检测各种流体的流量，以节约能源、改良产质量量。随着工业技术的开展，要求流量丈量的精度更高；丈量的流体从单相的液体、气体到混相流体；丈量条件从高温到低温，从高压到低压；另外有高粘度的流体还有低粘度的流体，流动形状有层流、紊流和脉动流。因此流量的丈量非常复杂多样，用一种丈量方法根本不能够完成一切流量的丈量。3.4.1 流量的概念与检测方法流量的概念与检测方法1.1.流量的概念流量的概念 工工业上的上的“流量通常是指在流量通常是指在单位位时间内流内流过管道某截面流体的体管道某截面流体的体积或或质量量. .前者称前者称为体体积流量流量(qv)
2、,(qv),后者称后者称为质量流量量流量(qm). (qm). 关系：关系：在一段时间内流过截面的流体总量称为累积流量，累积流在一段时间内流过截面的流体总量称为累积流量，累积流量时流量对时间的积分，即量时流量对时间的积分，即2. 2. 流量的流量的检测方法方法 1 1体体积流量流量检测方法：容方法：容积法法单位位时间内排出流体的固内排出流体的固定体定体积数数, ,速度法管道内的平均流速乘以管道面速度法管道内的平均流速乘以管道面积差差压式；式；容容积式有式有椭圆齿轮式、腰式、腰轮式和皮膜式式和皮膜式差差压式有式有节流式、均速管、弯管、靶式和浮子等流式、均速管、弯管、靶式和浮子等速度式有速度式有涡
3、轮、涡街、街、电磁和超声波流量磁和超声波流量计等等2 2质量流量量流量检测法：法：间接法体接法体积流量乘以密度和直接流量乘以密度和直接法法仪表直接表直接测得。得。一、流量的概念和一、流量的概念和单位位1. 定定义 流体流流体流过一定截面的管道一定截面的管道时所具有的数所具有的数量称量称为流量。流量。2.分分类 瞬瞬时流量流量单位位时间内内经过的流体的量的流体的量和累和累积流量流量总流量，是指一段流量，是指一段时间内内经过流流体的数量。流量的丈量普通指瞬体的数量。流量的丈量普通指瞬时流量。流量。6.1.流量检测的根本概念3.单位 根据表示方法的不同而有不同的单位质量流量 单位时间内经过的流体的质
4、量qV为体积流量，m3 /s；V为流体体积，m3 。qm为质量流量，单位/s；M为流体质量，；t为时间，s；为流体密度，kg/m3 ；v为流体平均流速，m/s；A为流通截面积，。体积流量 单位时间内经过的流体的体积分量流量 单位时间内经过的流体的分量qw为分量流量，N/s；w为流体分量，N 。u流量范流量范围及范及范围度度 流量范流量范围指可指可测最大流量和最小流量最大流量和最小流量所限定的范所限定的范围。最大流量与最小流量的比。最大流量与最小流量的比值，称，称为范范围度。度。流量流量计范范围度的大小受度的大小受仪表的原理与构造所限制。表的原理与构造所限制。u丈量准确度和丈量准确度和误差差 流
5、量流量计标出的准确度出的准确度为根本根本误差。而差。而现场运用中由于偏离运用中由于偏离标定条件会定条件会产生附加生附加误差，所以要按有差，所以要按有关关规定定计算附加算附加误差。差。u压力力损失失 流量流量计通常是一个阻力件，会通常是一个阻力件，会给流体呵斥能量流体呵斥能量耗耗费。所以，。所以，压力力损失大小是流量失大小是流量计选型的一个重要目的。型的一个重要目的。2.4.2 2.4.2 典型流量典型流量检测仪表表1. 1. 容积式流量计容积式流量计原理原理: :原理：利用运动元件的往复次数或转速与流体的延续原理：利用运动元件的往复次数或转速与流体的延续排出量成比例对被测流体进展延续的检测。主
6、要用于丈量排出量成比例对被测流体进展延续的检测。主要用于丈量累积流量。累积流量。椭圆齿轮番量计椭圆齿轮番量计特点：适用于高粘度液体的丈量。流量计根本误差为0.2%0.5%。范围度为10：1；任务温度要低于120，以防止齿轮卡死。在适用时要留意防止齿轮的磨损与腐蚀，以延伸仪表寿命。(2)腰轮番量计 原理与椭圆齿轮番量计一样。为减小两转子的磨损，在壳体外与腰轮同轴的齿轮作为传送转动力矩之用，因此比椭圆齿轮能坚持长期稳定性。特点：可以丈量液体和气体，也可以测高粘度流体。根本误差为0.2%0.5%，范围度为10：1；任务温度要低于120，压力损失小于0.02MPa差差压式流量式流量计也称也称节流式流量
7、流式流量计任任务原理：在流通管道上原理：在流通管道上设置流置流动阻力件，流体阻力件，流体经过阻力件阻力件时将将产生生压力力差，此差，此压力差与流体流量之力差与流体流量之间有确定的数有确定的数值关系，关系，经过丈量差丈量差压值可以求可以求得流体流量。得流体流量。组成：成：产生差生差压的安装和差的安装和差压计产生差生差压的安装：的安装：节流件孔板、流件孔板、喷嘴、文丘利管等；嘴、文丘利管等；动压管、均速管、管、均速管、弯管等；靶和浮子等。弯管等；靶和浮子等。1.1.节流式流量流式流量计 可丈量液体、气体、或蒸汽可丈量液体、气体、或蒸汽节流式流量流式流量计中中产生差生差压的安装称的安装称节流安装，其
8、主体是一个部分流安装，其主体是一个部分收收缩的阻力件，称的阻力件，称为节流元件。流元件。经过节流元件改流元件改动流体流通截面，从而在流体流通截面，从而在节流元件前后构成流元件前后构成压力差。力差。2. 2. 速度式流量速度式流量计1)差压式流量计差压式流量计 节流安装分类：规范节流安装和非规范节流安装两大类。规范节流安装的型式曾经规范化，在规定了取压方式和前后直管段长度、流体的种类和流动条件下，有规范的流量差压关系；而非规范节流安装由于运用条件差别大，故没有规范化，用于处理脏污和高粘度流量的丈量。节流式流量计的特点是构造简单，无可动部件；可靠性高，复现性能好；适用性较广，它适用于各种工况下的单
9、相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；安装又规范化。其缺陷是安装要求严厉；流量计前后要求较长的直管段；丈量范围窄，普通范围度为3：1；压力损失较大；对于较小直径的管道丈量比较困难(D 或0，上式可简化为：对于气体介质，当气体的温度、压力与规范形状不同时，也要修正为： 例：某转子流量计测二氧化碳气的流量，丈量时被测气体的温度是40，压力是49.03kPa表压力，假设流量计的读数为120m3/h，问实践流量是多少？ 知标定时绝对压力P=98.06kPa,t=20,此时二氧化碳的重度为18.07N/m3, 空气的重度为11.82N/m3解： 丈量原理是基于与流体速度有关的各种物理景象，仪
10、表的输出与流速有确定的关系，即可知流体的体积流量。种类很多，各有特点和适用范围。1.涡轮番量计 涡轮番量计是利用安装在管道中可以自在转动的叶轮感受流体的速度变化，从而测定管道内的流体流量。 (1)涡轮番量计的构成和流量方程式 构造三、速度式流量三、速度式流量计图6-16 涡轮番量计构造表示图1-紧固环 2-壳体 3-前导流件 4-止推片5-叶轮 6-磁电转换器 7-轴承 8-后导流件涡轮：丈量元件，由：丈量元件，由导磁系数磁系数较高的不高的不锈钢资料制成，料制成，轴芯上芯上装有数片呈螺旋形或装有数片呈螺旋形或直形的叶片，流体作直形的叶片，流体作用于叶片，使用于叶片，使涡轮转动壳体和前后壳体和前
11、后导流件：流件：由非由非导磁系数磁系数较高的高的不不锈钢资料制成，料制成，导流件由四片相互垂直流件由四片相互垂直的直片的直片组成，用以去成，用以去掉来流中的旋掉来流中的旋涡，使，使流体平行于流体平行于轴线流流动。轴承：承：导流件上装有流件上装有滚动轴承或滑承或滑动轴承，承，用来支撑用来支撑转动的的涡轮。磁磁电转换器：将器：将涡轮的的转速速转换为电信号。正信号。正对着叶着叶轮，永久磁，永久磁铁产生的磁力生的磁力线穿穿过线圈中的圈中的铁芯和流量芯和流量计的壳体，的壳体，经叶片和空叶片和空气而气而闭合。当叶合。当叶轮在被在被测流体的流体的推推进下下转动时，叶片正，叶片正对着着铁芯芯和偏离和偏离铁芯芯
12、时磁路的磁阻磁路的磁阻变化最化最大，此大，此时线圈中磁通圈中磁通发生很大的生很大的变化，从而在化，从而在线圈中感圈中感应出交出交变电势来。来。电势的的频率是叶片率是叶片经过铁芯芯处的的频率，与叶率，与叶轮的的转速成速成正比，而叶正比，而叶轮的的转速与流体的流速与流体的流速成正比速成正比v流量方程式 表示为：式中，qv为体积流量；f为信号脉冲频率；为仪表常数，其与涡轮构造等要素有关，流量较小时，随流量的添加而增大，只需到达一定值时近似为常数，在运用范围内应坚持其为常数，对每台流量计，仪表常数是用实践流体标定而获得的。 涡轮番量计的显示仪表是一个脉冲频率丈量和计数的仪表，根据单位时间的脉冲数和一段
13、时间的脉冲数，分别显示瞬时流量和累积流量。2涡轮番量计的特点和运用特点：可测液体、气体流量，但要求被测介质干净，且液体的粘度不能太大。丈量精度较高0.5级；刻度为线性；输出频率信号便于远传及与计算机相连；仪表的任务范围较宽和较高的耐压才干；压力损失小。安装：普通应程度安装，并保证其前后有一定的直管段。为保证介质干净，表前应装过滤安装。假设被测液体易气化或含有气体时，要在仪表前装消气器。缺陷：制造困难，本钱高。由于涡轮高速转动，轴承易磨损，降低了长时期运转的稳定性，影响运用寿命。通常涡轮番量计主要用于丈量精度要求高、流量变化快的场所，还用作标定其他流量的规范仪表。原理：基于电磁感应原理，可以丈量
14、具有一定电导率的液体的体积流量。导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，根据右手定那么，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，经过丈量此电势可求得流体流量。优势：丈量的准确度不受被测液体的粘度、密度、温度以及电导率的影响但不能太小，丈量管中没有任何妨碍被测液体流动的部件，所以几乎没有压力损失。适中选择丈量管中的绝缘内衬和丈量电极的资料，就可以丈量各种腐蚀性溶液的流量，尤其是在丈量含有固体颗粒的液体如泥浆、纸浆和矿浆等的流量时，更显示优越性。3.电磁流量磁流量计如图，感应电势E与流速的关系由下式表示：式中，C为常数；B为磁感应强度；D为管道内径；v为流体平均流速。(1
15、)电磁流量计的组成及流量方程式当仪表构造参数确定之后，感应电势与流速v成对应关系，那么流体体积流量可以求得。其流量方程式可写作：式中，K为仪表常数；对于固定的电磁流量计，K为定值。构造如图，丈量主体由磁路系统、丈量导管、电极和调整转换安装组成。电磁流量计转换部分的输出电流I0与平均流速成正比。 电磁流量计的丈量导管中无阻力件，压力损失小；其流速丈量范围宽，为0.510m/s；范围度可达10：1；流量计的口径可从几毫米到几米以上；流量计的精度0.51.5级；仪表反映快，流动形状对示值影响小，可以丈量脉动流和两相流，如泥浆和纸浆的流量。利用电磁流量计丈量流量，要求导电体有一定的电导率，因此不能丈量
16、气体、蒸汽和电导率低的石油流量。 电磁流量计对直管段要求不高，前直管段长度为5D10D。安装地点应尽量防止猛烈振动和交直流强磁场。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，程度安装时两个电极要在同一平面上。要确保流体、外壳、管道间的良好接地和良好接触。(2)电磁流量计的特点及运用u原理：超声波在流体中传播速度受流体的流速影响，检测接纳的超声波信号可测得流速，从而测得流量。u特点：u非接触式，从管道外丈量，故无压力损失u丈量结果不受被测流体的粘度、电导率的影响，可测各种液体或气体的流量，可测口径很大的管道内的流量，包括河流的流速u输出信号与被测流量成线性关系u典型方法：u速度差法时间差P104-图6-20、相差法和频率差法u多普勒效应法u声束偏移法4.超声流量计
