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1、第五章 流量检测 流量流量: :单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。 前者称为前者称为体积流量体积流量，后者称为，后者称为质量流量质量流量。流体流体: :液体和气体的总称。液体和气体的总称。 总量总量: :在一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时在一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时 间的累积。间的累积。 流体计量表流体计量表( (或流量计或流量计):):测量总量的仪表。测量总量的仪表。n本章介绍差压式、容积式、速度式、振动式和电磁本章介绍差压式、容积式、速度式、振动式和电磁式流量计。式流量计。 5.1 流量的检测方法 q qv v表示体表示体
2、积流量，流量，单位位为m m3 3/s /s ；q qm m表示表示质量流量，量流量，单位位为kg/skg/s。则二者之二者之间的关系的关系为： 表示流体的密度，表示流体的密度，时间t t内，流体流内，流体流过管道某截面的管道某截面的总体体积流流量和量和总质量流量分量流量分别为： 5.1 流量的测量方法 一、一、节流差流差压法法在管道中安装一个直径比管径小的在管道中安装一个直径比管径小的节流件。流件。通常以通常以节流件的型式流件的型式对差差压式流量式流量计分分类。 文丘利管文丘利管孔板孔板 喷嘴喷嘴n节流件前后节流件前后产生的静压产生的静压差的大小和差的大小和流过的流体流过的流体流量有一定流量
3、有一定的函数关系，的函数关系，可以通过节可以通过节流件前后的流件前后的压差求流量。压差求流量。二、容二、容积法法容容积式流量式流量计又称排量流量又称排量流量计，在流量，在流量仪表中是精度表中是精度最高的一最高的一类。它利用机械它利用机械测量元件把流体量元件把流体连续不断地分割成不断地分割成单个已个已知的体知的体积部分，根据部分，根据计量室逐次、重复地充量室逐次、重复地充满和排放和排放该体体积部分流体的次数来部分流体的次数来测量流量体量流量体积总量。量。容容积式流量式流量计一般不具有一般不具有时间基准，基准，为得到瞬得到瞬时流量流量值需要另外附加需要另外附加测量量时间的装置。的装置。定排量定排量
4、测量方法可追溯到量方法可追溯到18世世纪，20世世纪30年代年代进入入普遍商普遍商业应用。用。 5.1 流量的测量方法 三、速度法三、速度法直接直接测出管道内流体的流速，以此作出管道内流体的流速，以此作为流量流量测量的依据。量的依据。四、流体阻力法四、流体阻力法流体流流体流动对设置在管道中的阻力体以作用力，其作用力的置在管道中的阻力体以作用力，其作用力的大小与流量大小有关。大小与流量大小有关。浮子流量浮子流量计 , 又称又称转子流量子流量计 , 是是变面面积式流量式流量计的一种的一种 , 可以自由运可以自由运动的浮子作的浮子作为阻力体，在一根由下向上阻力体，在一根由下向上扩大的大的垂直垂直锥型
5、管中型管中 , 圆形横截面的浮子的重力是由液体形横截面的浮子的重力是由液体动力承力承受的受的 , 浮子可以在浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通，与浮子重量平衡后，通过磁耦合磁耦合传到到与刻度与刻度盘指示流量。指示流量。 5.1 流量的测量方法 五、流体振五、流体振动法法在管道中在管道中设置特定的流体流置特定的流体流动条件，使流条件，使流体流体流过后后产生振生振动，而振，而振动频率与流量有率与流量有确定的函数关系。确定的函数关系。六、六、质量流量量流量测量量通通过直接或直接或间接的方法接的方法测量量单位
6、位时间内流内流过管道截面的流体管道截面的流体质量数。量数。1 1、直接式、直接式 2 2、间接式接式 5.1 流量的测量方法 5.2 差压式流量计 差差压式流量式流量计又叫又叫节流式流量流式流量计，主要有两大部分，主要有两大部分组成：成：节流装置和差流装置和差压计。 差差压式流量式流量计基于流体在通基于流体在通过设置于流通管道上的置于流通管道上的节流流件件时产生的生的压力差与流体流量之力差与流体流量之间的函数关系，通的函数关系，通过测量差量差压值求得流体流量。求得流体流量。5.2.1 5.2.1 节流装置的工作原理流装置的工作原理流体流流体流经节流装置（如孔板）流装置（如孔板）时的的节流流现象
7、如象如图所示。所示。5.2 差压式流量计在水平管道装有标准孔板，当流体流经孔板时的流束及压在水平管道装有标准孔板，当流体流经孔板时的流束及压力分布情况如图所示力分布情况如图所示。 p当流体流经管道内的节流当流体流经管道内的节流件时，流体将在节流件处件时，流体将在节流件处形成局部收缩，因而流速形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压在节流件前后便产生了压差。差。p流体流量愈大，产生的压流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。来衡量流量的大小。流量方程基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守
8、恒定律）。n连续性方程： 任取一管段，设截面、截面处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为A1、1 、v1和A2 、2 、v2。流量方程伯努利方程伯努利方程：当理想流当理想流体在重力作用下在管内体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道定常流动时，对于管道中任意两个截面中任意两个截面和和有如下图所示：有如下图所示：势能mgh1mgh2动能1/2mv121/2mv22压力能mp1/1mp2/2h1h2流量方程流量方程5.2.3 流量系数的确定主要是流量系数主要是流量系数，与，与节流装置的形式、流装置的形式、取取压方式、雷方式、雷诺数、数、节流装置开口截面比流装置开口截面比和管道内壁粗糙度等有
9、关。和管道内壁粗糙度等有关。 雷雷诺数数：是表征粘性介：是表征粘性介质流流动特性的一个特性的一个无因次量。无因次量。角接取角接取压法法对应的的节流装置定位流装置定位标准的准的节流装置。根据角接法流装置。根据角接法测得与得与流量系数流量系数相相关的关的实验数据关系如下。数据关系如下。 p左左图是是标准孔板的流量系数准孔板的流量系数，流体雷，流体雷诺数数ReRe和孔板截和孔板截面比面比m m的的实验关系曲关系曲线。p右右图是是标准孔板在雷准孔板在雷诺数大于界限雷数大于界限雷诺数数ReRek k时的流量系的流量系数随数随m m值变化的关系曲化的关系曲线。 5.2.3 流量系数的确定5.2.4 标准节
10、流装置全套全套标准准节流装置如流装置如图所示。所示。 使用条件：使用条件：1.被测介质应充满全部管道截面并连续流动；被测介质应充满全部管道截面并连续流动；2.管道内的流束是稳定的；管道内的流束是稳定的；3.节流装置的前后要有足够长的直管段，前后长度为二倍管道直径，管节流装置的前后要有足够长的直管段，前后长度为二倍管道直径，管道内表面不能有突出物和明显的粗糙不平；道内表面不能有突出物和明显的粗糙不平；4.各种标准节流装置的使用管径各种标准节流装置的使用管径D和孔截面比都有取值限制。和孔截面比都有取值限制。标准孔板及准孔板及标准准喷嘴的嘴的结构如构如图所示。所示。 5.2.4 标准节流装置补充：孔
11、板或喷嘴的安装孔板和孔板和喷嘴的安装嘴的安装应符合下列符合下列规定：定：1. 孔板或孔板或喷咀安装前咀安装前应进行外行外观检查，孔板的入口和，孔板的入口和喷嘴的嘴的出口出口边缘应无毛刺和无毛刺和圆角，并按角，并按现行的国家行的国家标准准流量流量测量量节流装置的流装置的设计安装和使用安装和使用的的规定复定复验其加工尺寸；其加工尺寸；2. 安装前安装前进行清洗行清洗时不不应损伤节流件；流件；3. 孔板的孔板的锐边或或喷嘴的曲面嘴的曲面侧应迎着被迎着被测介介质的流向的流向；4. 在水平和在水平和倾斜的工斜的工艺管道上安装的孔板或管道上安装的孔板或喷嘴，若有排泄嘴，若有排泄孔孔时，排泄孔的位置，排泄孔
12、的位置对液体介液体介质应在工在工艺管道的正上方，管道的正上方，对气体及蒸汽介气体及蒸汽介质应在工在工艺管道的正下方；管道的正下方；5. 孔板或孔板或喷嘴与工嘴与工艺管道的同管道的同轴度及垂直度，度及垂直度，应符合符合规范的范的相相应规定；定；6. 环室上有室上有“”号的一号的一侧应在被在被测介介质流向的上游流向的上游侧，当用，当用箭箭头标明流向明流向时，箭，箭头的指向的指向应与被与被测介介质的流向一致；的流向一致；7. 垫片的内径不片的内径不应小于工小于工艺管道的内径。管道的内径。5.2.5 取压方式以孔板以孔板为例，各种取例，各种取压方式的取方式的取压孔位置孔位置如如图所示。所示。 1为角接
13、取压；为角接取压；2为法兰取压；为法兰取压；3为理论取压；为理论取压；4为径距取压；为径距取压；5为管接取压；为管接取压；5.2.5 取压方式角接取角接取压: 上下游取上下游取压管位于孔板管位于孔板(或或喷嘴嘴)的前后端的前后端面面处。角接取。角接取压包括包括单独独钻孔和孔和环室取室取压。如。如图中中1-1位置。位置。法法兰取取压：取：取压孔的孔的轴线至孔板上、下游至孔板上、下游侧端面之端面之间的距离均的距离均为25.40.8mm（1inch)。取。取压孔开在孔孔开在孔板上下游板上下游侧的法的法兰上如上如图中中2-2位置。位置。理理论取取压：上游：上游侧取取压孔的孔的轴线至孔板上游端面的至孔板
14、上游端面的距离距离为1D0.1D，下游，下游侧取取压孔的孔的轴线至孔板上游至孔板上游端面的距离因端面的距离因 值不同而异。不同而异。该距离理距离理论上就是流上就是流束收束收缩到最小截面的距离。如到最小截面的距离。如图中的中的33位置。位置。5.2.5 取压方式径距取径距取压：上游：上游侧取取压孔的孔的轴线至孔板上至孔板上游端面的距离游端面的距离为1D0.1D，下游，下游侧取取压孔孔的的轴线至孔极下游端面的距离至孔极下游端面的距离为0.5D。如。如图的的4-4位置。位置。管接取管接取压(损失取失取压)：上游：上游侧取取压孔的孔的轴线至孔板上游端面的距离至孔板上游端面的距离为2.5D，下游，下游侧
15、取取压孔的孔的轴线至孔板下游端面的距离至孔板下游端面的距离为8D。如。如图中的中的5-5位置。位置。该方法使用很少。方法使用很少。5.2.6 差压计一、双波一、双波纹管差管差压计主要由两个主要由两个波波纹管管(212)(212)量程量程弹簧簧(16)(16)扭力管及外壳扭力管及外壳等部分等部分组成。成。 挡板23推动扭管转动，其中心轴将连接轴5的位移传给指针或显示单元。二、膜片式差二、膜片式差压计主要由差主要由差压测 量室量室(5/13)(5/13)、 三通三通导压阀 (29(29高高压阀； 3030平衡平衡阀； 3131低低压阀) ) 和差和差动变压 器器(17)(17)三部三部 分分组成。
16、成。 5.2.6 差压计5.2.7 标准节流装置的安装要求一、一、节流件的开孔和管道同心，端面与管流件的开孔和管道同心，端面与管道的道的轴线垂直。在垂直。在节流件的上下游，必流件的上下游，必须有一定有一定长度的直管段；度的直管段；二、二、导压管尽量按最短距离敷管尽量按最短距离敷设在在3 350m50m之内；之内；为了不致在此管路中了不致在此管路中积聚气体和水聚气体和水分，分，导压管管应垂直安装。水平安装垂直安装。水平安装时，其，其倾斜率不斜率不应小于小于1 1：1010，导压管管为直径直径10mm10mm12mm12mm的的铜、铝或或钢管。管。5.2.7 标准节流装置的安装要求n三、测量液体流
17、三、测量液体流量时，应将差压量时，应将差压计安装在低于节计安装在低于节流装置处，如一流装置处，如一定要安装在上方定要安装在上方时，应在连接管时，应在连接管路的最高点安装路的最高点安装带阀门的集气器，带阀门的集气器，在最低处安装带在最低处安装带阀门的沉降器，阀门的沉降器，以便排出导压管以便排出导压管内的气体和沉积内的气体和沉积物。物。5.2.7 标准节流装置的安装要求n四、测量气四、测量气体流量时，体流量时，应将差压计应将差压计安装在高于安装在高于节流装置处。节流装置处。如一定要安如一定要安装在下面，装在下面，在连接导管在连接导管的最低处安的最低处安装沉降器，装沉降器，以便排除冷以便排除冷凝液及污物。凝液及污物。五、五、测量粘性量粘性的、腐的、腐蚀性的性的或易燃的流体或易燃的流体流量流量时，应安安装隔离器，如装隔离器，如图所示。所示。5.2.7 标准节流装置的安装要求六、六、测量蒸汽流量蒸汽流量量时，差，差压计和和节流装置之流装置之间的的相相对配置和配置和测量量液体流量相同：液体流量相同：一般一般将差将差压计安安装在低于装在低于节流装流装置置处。5.2.7 标准节流装置的安装要求
