流量檢測(cè)儀表

關(guān)于流量檢測(cè)儀表4.1流量概述總(流)量或累積流量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道橫截面的流體的總和。它是瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分或積累。流量：是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或特定通道橫截面的流體數(shù)量，稱(chēng)為瞬時(shí)(平均)流量。有體積流量和質(zhì)量流量之分。

（1）體積流量qv

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的流體的體積，單位為m3/s。根據(jù)定義，體積流量可用下式表示：式中，v為截面A中某一面積元dA上的流速。常用單位有：第2頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（2）質(zhì)量流量qm

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的流體的質(zhì)量，單位為kg/s。根據(jù)定義，質(zhì)量流量可用下式表示：則有qm=ρqv=ρvA

單位有：(3)流體總量即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分，稱(chēng)之流體總量。

用來(lái)測(cè)量流量的儀表統(tǒng)稱(chēng)為流量計(jì)。測(cè)量總量的儀表稱(chēng)為流體計(jì)量表或總量表。第3頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天

流量?jī)x表的分類(lèi)①速度式:速度式流量傳感器大多是通過(guò)測(cè)量流體在管路內(nèi)已知截面流過(guò)的流速大小來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。②容積式:容積式流量傳感器是根據(jù)已知容積的容室在單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體的瞬時(shí)流量和總量的。如：差壓式、電磁式、渦輪式、渦街式、超聲波式③質(zhì)量式：直接法：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、熱式間接法：溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償式質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)、體積流量和密度計(jì)組合式質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)第4頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天

利用管路內(nèi)的節(jié)流元件，改變流束流動(dòng)狀態(tài),通過(guò)測(cè)量節(jié)流件前、后壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)確定流量。4.2差壓式流量計(jì)節(jié)流裝置：是把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)（或差壓變送器）。差壓計(jì)：則對(duì)壓差信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并顯示測(cè)量值常用的節(jié)流元件:孔板、噴嘴、文丘里管。(b)噴嘴(c)文丘里管(a)孔板第5頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)第6頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天節(jié)流件前后流速和壓力分布情況能量形式的轉(zhuǎn)換截面A和節(jié)流件開(kāi)孔截面A0的流體量相同截面A的速度v1截面A的速度v2v2>v1動(dòng)壓能和靜壓能發(fā)生變化能量守恒定律孔板前后出現(xiàn)了靜壓差靜壓差流速和流量第7頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用極限范圍內(nèi),根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所提供的數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和安裝使用的節(jié)流件,稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置文丘利管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大。

文丘利管孔板

噴嘴第8頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天差壓式流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量節(jié)流件前后壓力差

p來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的，而壓力差

p的值與取壓孔位置和取壓方式緊密相關(guān)。節(jié)流裝置的取壓方式有以下5種。取壓方式標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置是國(guó)家標(biāo)形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用于孔板和噴嘴，而法蘭取壓僅用于孔板。節(jié)流裝置的取壓方式1-1—角接取壓；2-2—法蘭取壓；3-3—徑距取壓；4-4—縮流取壓；5-5—管接取壓。第9頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天(1)角接取壓:上下游取壓管位于孔板(或噴嘴)的前后端面處。角接取壓包括單獨(dú)鉆孔和環(huán)室取壓。如圖6-5中l(wèi)—l位置。第10頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)法蘭取壓：上下游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔板上、下游側(cè)端面之間的距離均為25.4±0.8mm（1inch)。取壓孔開(kāi)在孔板上下游側(cè)的法蘭上．如圖6-5中2—2位置．法蘭取壓第11頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天(5)管接取壓：上游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔板上游端面的距離為2.5Dm，下游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔板下游端面的距離為8Dm．如圖中的5—5位置．該方法使用很少．(4)理論取壓：上游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔板上游端面的距離為lDm±0.1Dm，下游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔板上游端面的距離因

值不同而異。該距離理論上就是流束收縮到最小截面的距離。如圖中的4—4位置。(3)徑距取壓：上游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔板上游端面的距離為1Dm±0.1Dm，下游側(cè)取壓孔的軸線(xiàn)至孔極下游端面的距離為0.5Dm。如圖3—7中的3.3位置（Dm管道直徑）第12頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天流束最小截面在Ⅱ-Ⅱ截面處。對(duì)于不可壓縮的理想流體，節(jié)流件前后的流體密度相等(ρ1=ρ2=ρ)。當(dāng)忽略壓頭損失時(shí)，根據(jù)伯努利方程，在兩截面Ⅰ、Ⅱ處管中心流體的能量方程為：4.2.2差壓式流量計(jì)工作原理設(shè)Ⅰ-Ⅰ截面時(shí)管中心的流速為v1，靜壓為，密度為ρ1，Ⅱ-Ⅱ截面時(shí)管中心的流速為v2、靜壓為，密度為ρ2，假定流體的流速是均勻一致的，則由上式可得：(1)(2)第13頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天由于流體流動(dòng)的連續(xù)性，則A1V1ρ=A2V2ρ

A1為Ⅰ-Ⅰ截面的流通面積；A2為Ⅱ-Ⅱ截面流束的流通面積。(3)被測(cè)流體的體積流量為：令流量系數(shù)α與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開(kāi)孔直徑、流體流動(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。第14頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天

配用差壓計(jì)顯示流量時(shí)，流量標(biāo)尺是非線(xiàn)性的。

配用差壓流量變送器時(shí)，變送器的輸出電流就與流量成線(xiàn)性關(guān)系。差壓流量計(jì)上限的系列有：1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.3、8.0×10n第15頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用條件⑴流體必須充滿(mǎn)圓管，連續(xù)地流過(guò)管道。只適于測(cè)量圓形截面管道內(nèi)的流體,

⑵流束應(yīng)與管軸平行，不得有旋轉(zhuǎn)流或旋渦。在進(jìn)行流量測(cè)量時(shí),管道內(nèi)流體的流動(dòng)應(yīng)是穩(wěn)定的。⑶流體流量基本上不隨時(shí)間而變化,或者變化是非常緩慢的。⑷流體可以是可壓縮的氣體或不可壓縮的流體；但不適于脈動(dòng)流與臨界流。⑸流體必須是牛頓流體,在物理學(xué)和熱力學(xué)上是單相的,均勻的或者可認(rèn)為是單相的,且流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變。⑹節(jié)流裝置的制造和使用條件超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的極限時(shí),必須標(biāo)定后才能安裝使用。第16頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.2.4標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝

阻力件的存在，將會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂流束的分布狀態(tài)，引起流出系數(shù)C的變化。因此在節(jié)流件上下游側(cè)都必須有足夠長(zhǎng)度的直管段。L0213局部阻力件1、2上游側(cè)只有一個(gè)局部阻力件1，則直管段就只需L1及L2第17頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.2.5使用節(jié)流裝置應(yīng)注意的問(wèn)題

1)被測(cè)流體參數(shù)的變化

當(dāng)流體參數(shù)偏離不大時(shí)，對(duì)流量方程式中系數(shù)、C、d的影響小,可只考慮密度的變化。在相同的壓差下，密度變化的修正公式為：或式中：和-設(shè)計(jì)條件下的流體體積流量和質(zhì)量流量，即流量計(jì)的顯示值；和-實(shí)際使用條件下的流體體積流量和質(zhì)量流量,實(shí)際值；和-設(shè)計(jì)條件下和實(shí)際使用條件下的流體密度。第18頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)于一般氣體，修正公式為或式中:—設(shè)計(jì)條件和使用條件下的氣體絕對(duì)壓力；—設(shè)計(jì)條件下的氣體絕對(duì)溫度：第19頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天例1：有一節(jié)流式流量計(jì)，用于測(cè)量水蒸汽流量，設(shè)計(jì)時(shí)的水蒸汽密度為ρ=8.93kg/m3。但實(shí)際使用時(shí)被測(cè)介質(zhì)的壓力下降，使實(shí)際密度減小為ρ=8.12kg/m3。試求當(dāng)流量計(jì)的讀數(shù)為8.5kg/s時(shí)，實(shí)際流量是多少？由于密度的變化使流量指示值產(chǎn)生的相對(duì)誤差為多少？解：當(dāng)密度變化時(shí)，實(shí)際流量可按下式求得：kg/s相對(duì)誤差為：第20頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.3.1工作原理當(dāng)被測(cè)流體垂直于磁力線(xiàn)方向流動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，如圖所示，根據(jù)右手定則，在與流體流向和磁力線(xiàn)垂直方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)Ex（伏）為:Ex=BDV×10-8,VB-磁感應(yīng)強(qiáng)度，Wb／m2

4.3電磁流量計(jì)該感應(yīng)電勢(shì)大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、管徑大小、流體流速大小有關(guān)第21頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天體積流量qv與流體流速v的關(guān)系為可得式中，

K為儀表常數(shù)，B、D固定不變，則K為常數(shù)，Ex與流量qv成線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ex來(lái)間接測(cè)量被測(cè)流體的流量qv值。第22頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天在半個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小。從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，所以它能克服直流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象．因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好的勵(lì)磁方式，目前已在電磁流量計(jì)上廣泛的應(yīng)用．低頻方波勵(lì)磁

(a)交流勵(lì)磁(b)矩形波(2值)勵(lì)磁(c)矩形波(3值)勵(lì)磁(d)雙頻矩形波勵(lì)磁第23頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.4超聲波流量計(jì)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動(dòng)流體中的傳播速度不同。超聲波的接收和發(fā)射稱(chēng)換能器，換能器既可兼作聲波的收和發(fā)，也可以分開(kāi)進(jìn)行。當(dāng)前封閉管道用USF主要是傳播時(shí)間法和多普勒效應(yīng)法第24頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天直式安裝斜插式安裝多普勒流量計(jì)

第25頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天流量測(cè)量原理

在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差

t，可得到流體的平均速度及流量。第26頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天f1>

f2通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差去測(cè)量流速。在單通道法中脈沖重復(fù)頻率是在一個(gè)發(fā)射脈沖被接收器接收之后，立即發(fā)射出一個(gè)脈沖，這樣以一定頻率重復(fù)發(fā)射，對(duì)于順流和逆流重復(fù)發(fā)射頻率為：第27頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天第28頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天

發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)第29頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。多普勒法多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量.多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家ChristianDoppler1842年發(fā)現(xiàn)的，通過(guò)運(yùn)動(dòng)火車(chē)的鳴笛聲音的高低與火車(chē)的速度有關(guān)系.當(dāng)單色光束入射到運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動(dòng)速度的頻率偏移，稱(chēng)為多普勒頻移。第30頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天1)流速方程式多普勒頻移正比于散射體流動(dòng)速度：超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸?，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波，其值為：速度：第31頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普勒頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設(shè)流體沒(méi)有速度梯度，以及粒子是均勻分布的，可得方程2)流量方程式對(duì)于實(shí)際含有大量粒群的流體，換能器接收到的反射信號(hào)只能是發(fā)生器和接收器的兩個(gè)指向性波束重疊區(qū)域內(nèi)顆粒的反射波，換能器所收到的信號(hào)就是反射波疊加的平均值。第32頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：多普勒流量計(jì)測(cè)污水管道內(nèi)的流體流量，若流體流速為12m/s，發(fā)送的聲波和流體的流向夾角為45°，發(fā)射波的頻率為1MHz，超聲波在水中的速度為1482m/s，求發(fā)射和接收信號(hào)之間的頻率差？已知：流體的流速（可視為散射質(zhì)點(diǎn)的流速），發(fā)射和接收聲波與流體的流動(dòng)方向的夾角，超聲波在靜止水中的傳播速度，，發(fā)射超聲波的頻率。故多普勒超聲波流量計(jì)的頻移為解多普勒超聲波流量計(jì)的頻移公式為

第33頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.5卡門(mén)渦街流量計(jì)圓柱體三角柱體Q=A0(d/St)(1－1.27β)

f

式中A0——管道截面積，m2。渦街流量計(jì)適用于測(cè)量液體、氣體、蒸汽的單相介質(zhì)流量，滿(mǎn)管式渦街流量計(jì)管徑范圍25mm～250mm插入式管徑范圍250～2000mm。第34頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天在三角柱的兩側(cè)面各有相同的彈性金屬膜片，內(nèi)充硅油，旋渦引起的壓力波動(dòng)，使兩膜片與柱體間構(gòu)成的電容產(chǎn)生差動(dòng)變化。其變化頻率與旋渦產(chǎn)生的頻率相對(duì)應(yīng)，故檢測(cè)由電容變化頻率可推算出流量。(1)電容檢測(cè)法常用渦街頻率檢測(cè)方法在三角柱中央或其后部插入嵌有壓電陶瓷片的桿，桿端為扁平片，產(chǎn)生旋渦引起的壓力變化作用在桿端而形成彎矩，使壓電元件出現(xiàn)相應(yīng)的電荷。此法技術(shù)上比較成熟，應(yīng)用較多，已有系列化產(chǎn)品。(2)應(yīng)力檢測(cè)法第35頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)熱敏檢測(cè)法在圓柱體下端有一段空腔，被隔板分成兩側(cè)，中心位置有一根細(xì)鉑絲，它被加熱到比所測(cè)流體溫度略高10℃左右，并保持溫度恒定。產(chǎn)生旋渦引起的壓力變化，流體向空控內(nèi)流動(dòng)，穿過(guò)空腔將鉑絲上的熱量帶走，鉑絲溫度下降，電阻值變小。其變化頻率與旋渦產(chǎn)生的頻率相對(duì)應(yīng)，故可通過(guò)測(cè)量鉑絲阻值變化的頻率來(lái)推算流量。(4)超聲檢測(cè)法在柱體后設(shè)置橫穿流體的超聲波束，流體出現(xiàn)旋渦將使超聲波由于介質(zhì)密度變化而折射或散射，使收到的聲信號(hào)產(chǎn)生周期起伏，經(jīng)放大得到相應(yīng)于流量變化的脈沖信號(hào)。第36頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天h1222r2RR-rP2P1φ4.6

轉(zhuǎn)子流量計(jì)由錐形玻璃管和浮子組成，浮子能在垂直安裝的錐形玻璃管內(nèi)上下移動(dòng)。被測(cè)流體自下向上流過(guò)管壁與浮子之間環(huán)隙時(shí)，托起浮子向上，這時(shí)管與浮子之間的環(huán)隙面積增大，直到浮子處在一個(gè)力平衡位置。流量變化時(shí)浮子兩邊壓差所形成的力也隨之變化，使浮子又在一個(gè)新的位置上重新平衡，浮子浮起的高度即為流量計(jì)的讀數(shù)。第37頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天

fVfg

Vfg

PAfFf由伯努利方程，得由（1）和（2）得A0—浮子穩(wěn)定處環(huán)形通道面積當(dāng)浮子穩(wěn)定在錐形管某高度，忽略流體對(duì)浮子的摩擦力（忽略）重力=浮力+壓差力

Af—浮子最大截面積第38頁(yè),共46頁(yè)，2024年2月25日，星期天由得α與浮子形狀和Re有關(guān)，對(duì)于特定浮