合肥工業(yè)大學(xué)化工儀表-第3章-3流量檢測方法及儀表

1、,流量檢測方法及儀表,流量測量技術(shù)和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域,工業(yè)生產(chǎn)過程,能源計量,一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）,二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等,生物技術(shù),交通運輸,環(huán)保工程,空氣污染(煙廢氣排放 )、水污染,管道輸送,流量檢測方法及儀表,流量檢測方法及儀表,應(yīng)用容積法檢測流量（橢圓齒輪流量計） 應(yīng)用動、靜壓能轉(zhuǎn)換原理檢測流量（差壓式流量計) 應(yīng)用改變流通面積的方法檢測流量(轉(zhuǎn)子流量計) 應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測流量(電磁流量計) 應(yīng)用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象測量流體流量(漩渦流量計) 應(yīng)用葉輪的轉(zhuǎn)動測流量(渦輪流量計) 質(zhì)量流

2、量計的測量方法(直接式和間接式的測量),本節(jié)主要內(nèi)容,流量檢測的基本概念,累積體積流量,流量計量對在一定通道內(nèi)流動流體的流量進行測量。,累積質(zhì)量流量,流量測量的任務(wù)： 根據(jù)測量目的，被測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等條件，研究各種相應(yīng)的測量方法，并保證流量值的正確傳遞。,體積流量的測量方法,（1）容積法： 在單位時間內(nèi)以標準固定體積對流動介質(zhì)連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定容積數(shù)來計算流量。 橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計和刮板流量計。 受流體的流動狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。,（2）速度法： 這種方法是先測出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。 較寬的使

3、用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測，利用平均流速計算流量，管路條件的影響大，流動產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布不對稱等都會給測量帶來誤差。,質(zhì)量流量的測量方法,（1）直接法： 利用檢測元件，使輸出信號直接反映質(zhì)量流量。 利用孔板和定量泵組合實現(xiàn)的差壓式檢測方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動量式檢測方法； 應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測方法 基于科里奧利力效應(yīng)的檢測方法。 （2）間接法： 用兩個檢測元件分別測出兩個相應(yīng)參數(shù)，通過運算間接獲取流體的質(zhì)量流量。 qv2檢測元件和檢測元件的組合； qv檢測元件和檢測元件的組合； qv2檢測元件和qv檢測元件的組合。,差壓式流量計,測量對象：流體方面，單相、混相、

4、潔凈、臟污； 工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫； 管徑方面：從幾毫米到幾米； 流動條件：亞音速流、臨界流、脈動流,基于流體流動的節(jié)流原理,利用流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的;歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。,節(jié)流式特點： 結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強， 幾乎能測量各種工況下的流量。,差壓式流量計,孔板,引壓管,差壓計,差壓式流量計組成,節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。 引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。 差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標準電信號（4-20mA）。,差壓式流量計分類表,應(yīng)用動壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測

5、流量,節(jié)流元件附近流速和壓力分布情況,檢測原理,當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。 流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。 基礎(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。 壓差影響因素： 流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）,流量基本方程式,根據(jù)流體力學(xué)的伯努力方程和流體的連續(xù)性方程，可以推導(dǎo)出流量與壓差之間的流量方程式，即 體積流量,質(zhì)量流量,式中 流量系數(shù) 節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開孔直徑、流 體流動狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。

6、對于標準節(jié)流裝置，值可直接從有關(guān)手冊中查出。 流束膨脹系數(shù) F0節(jié)流裝置的開孔截面積 流體密度 節(jié)流裝置前后實際測得的壓力差,流量與壓力差的平方根成正比,標準節(jié)流元件,標準孔板,結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適合大流量的測量,標準噴嘴,標準文丘里管,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失比孔板小,把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。,環(huán)室取壓 單獨鉆孔取壓 法蘭取壓 標準噴嘴取壓方式 標準孔板的幾種取壓方式,取壓方式,取壓方式：角接取壓法孔板或噴嘴前后兩端面與管壁的夾處取壓 （標準孔板） 法蘭取壓法,選用考慮要點,安裝條件方面,流件前后有必要直管段長度,引壓管線,儀表性能方面(1

7、) 精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍 壓力損失,流體特性方面 流體物性參數(shù)的確定 (2)流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等,環(huán)境條件方面,節(jié)流式流量計的使用特點和要求,標準孔板應(yīng)用廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的特點，適用于大流量的測量。 孔板測量的壓損大，當(dāng)不允許有較大的管道壓損時，便不宜采用。在一般場合下，仍采用孔板為多。 標準噴嘴和標準文丘里管的壓力損失較孔板為小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工。 標準節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104105以上的流體； 流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變； 為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的

8、直管段（與管徑、節(jié)流件的開孔面積以及管路上的彎頭數(shù)都有關(guān)系） 節(jié)流裝置經(jīng)過長時間的使用，會因物理磨損或者化學(xué)腐蝕，造成幾何形狀和尺寸的變化，從而引起測量誤差，因此需要及時檢查和維修，必要時更換新的節(jié)流裝置,節(jié)流式流量計誤差產(chǎn)生的原因,實際工況與設(shè)計要求不符，如：溫度、壓力、濕度以及相應(yīng)的流體重度、粘度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值發(fā)生變化，則會造成較大的誤差。為了消除這種誤差，必須按新工藝重新設(shè)計計算，或加以必要的修正。 節(jié)流裝置安裝不正確節(jié)流裝置安裝不正確，在安裝時，特別要注意節(jié)流裝置的安裝方向。 在使用中，要保持節(jié)流裝置的清潔。如在節(jié)流裝置處防止有沉淀、結(jié)焦、堵塞等現(xiàn)象。 節(jié)流裝置的磨損，應(yīng)注意日常檢

9、查、維修，必要時應(yīng)換用新的孔板。 導(dǎo)壓管安裝不正確，或有諸塞、滲漏現(xiàn)象，,差壓變送器的安裝,三個方面的內(nèi)容： 取壓口的選擇 引壓管的安裝 變送器本身的安裝,差壓變送器取壓口的選擇,液體、氣體、蒸汽？,被測介質(zhì)為液體時，取壓口應(yīng)位于管道下半部與管道水平線成045角內(nèi)，目的是保證引壓管內(nèi)沒有氣泡，兩根引壓管內(nèi)液柱產(chǎn)生的附加壓力可以相互抵消； 問：能否從底部引出？為什么？,被測介質(zhì)為氣體時，取壓口應(yīng)位于管道上半部與管道垂直中心線成045角內(nèi)，其目的時為了保證引壓管中不積聚和滯留液體。,被測介質(zhì)為蒸汽時，取壓口應(yīng)位于管道上半部與管道水平線成045角內(nèi)。最常見的接法是從管道水平位置接出，并分別安裝凝液罐

10、，這樣兩根引壓管內(nèi)部都充滿冷凝液，而且液位高度相同。,差壓變送器引壓管的安裝,引壓管應(yīng)按最短距離敷設(shè)，引壓管的彎曲處應(yīng)該是均勻的圓角，曲率半徑一般不小于引壓管外徑的10倍。引壓管的管路應(yīng)保持垂直，或者與水平線之間不小于1:10的傾斜度，必要時要加裝氣體、凝液、微粒收集器等設(shè)備，并定期排除收集物。,引壓管內(nèi)徑與引壓管長度,差壓變送器本身的安裝,差壓變送器通常必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構(gòu)成三閥組,差壓變送器是用來測量差壓的，但如果正、負引壓管上的兩個切斷閥不能同時打開或者關(guān)閉時，就會造成差壓變送器單向受很大的靜壓力，有時會使儀表產(chǎn)生附加誤差，嚴重時會使儀表損壞。 為了防止差壓計單向受很大的靜

11、壓力，必須正確使用平衡閥。 在啟用差壓變送器時，應(yīng)先開平衡閥3，使正、負壓室連通，受壓相同，然后再打開切斷閥1、2，最后再關(guān)閉平衡閥3，變送器即可投入運行。 差壓變送器需要停用檢修時，應(yīng)先打開平衡閥，然后再關(guān)閉切斷閥1、2。 當(dāng)切斷閥1、2關(guān)閉，平衡閥3打開時，即可以對儀表進行零點校驗。,節(jié)流式流量計誤差產(chǎn)生的原因,孔板本身原因：,直角邊緣不銳利,測量值偏小,d太大,測量值偏小,h太大,測量值偏大,安裝不好，孔板彎曲,可大可小,要使儀表的指示值與通過管道的實際流量相符，必須做到以下幾點： （1）差壓變送器的壓差和顯示儀表的流量標尺有若干種規(guī)格，選擇時應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。 （2）在測量蒸汽和氣

12、體流量時，常遇到工作條件的密度與設(shè)計時的密度c不相同，這時必須對示數(shù)進行修正。 （3）顯示儀表刻度通常是線性的，測量值（差壓信號）要經(jīng)過開方運算進行線性化處理后再送顯示儀表。 （4）節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。 （5）接至差壓變送器的壓差應(yīng)該與節(jié)流裝置前后壓差相一致，這就需要正確安裝差壓信號管路。,轉(zhuǎn)子流量計,在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測量，因其流體的流速低，這就要求測量儀表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。轉(zhuǎn)子流量計特別適宜于測量管徑50mm以下管道的流量，測量的流量可小到每小時幾升。,孔板流量計：,節(jié)流面積不變,流量變化,壓差發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子流量計：,壓差不變,流量變化,節(jié)流面積發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子流

13、量計主要由兩個部分組成： 一是由下往上逐漸擴大的錐形管（通常用透明玻璃制成） 二是放在錐形管內(nèi)可自由運動的轉(zhuǎn)子。,電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計,LZD系列電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計,（1）功能：遠傳顯示,（2）組成：流量測量變送部分 + 電動顯示部分,差動變壓器的結(jié)構(gòu)與原理,組成：鐵芯，骨架，初級線圈(繞在骨架的內(nèi)層，同相串聯(lián))，次級線圈(繞在骨架的外層，反相串聯(lián))。,圖3-10 差動變壓器結(jié)構(gòu),差動變壓器是將鐵芯的位移量x轉(zhuǎn)變?yōu)椴黄胶怆妱輚,差動變送器的原理,3流量測量原理,Q=0時， 鐵芯處于中間位置,e1=e2，e12=0,e3=e4，e34=0,uab=e12 - e34=0,放大器無電勢輸入，則可逆電

14、機不動。 Q示0,Q0時，T1 鐵芯上移.,流量修正,由于轉(zhuǎn)子流量計在生產(chǎn)的時候，是在工業(yè)基準狀態(tài)（20，0.10133Mpa）下用水或空氣進行刻度的。如果工作狀態(tài)不同，必須對流量指示值按照實際被測介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)的具體情況進行修正。,液體流量測量時的修正,如果某轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子高度為h，如果介質(zhì)為20的水，則流量qv0與h的關(guān)系滿足：,式中：qv0為用水標定時的流量刻度 w為水的密度,如果介質(zhì)不是20的水，則流量qvf與h的關(guān)系滿足：,qvf和f分別為被測介質(zhì)的實際流量和密度,如果被測介質(zhì)的粘度和水的粘度相差不大，可以近似認為是常數(shù)，則有,刻度流量,實際流量,修正系數(shù),用一個用水

15、標定的轉(zhuǎn)子流量計來測量苯的流量，流量計的讀數(shù)為28 m3/h，已知轉(zhuǎn)子密度為7920 kg/m3的不銹鋼，苯的密度為0.831 kg/L，求苯的實際流量是多少？,例,已知：w=1 kg/L，f=0.831 kg/L，t=7.92 kg/L， QN =28 m3/h，代入修正公式式可得：,解,所以苯的實際流量是31.08m3/h。,氣體流量測量時的修正,假設(shè)實際被測氣體的密度為f， 因此被測流體流量Qf與指示值Q0的關(guān)系是：,于是有修正公式,溫度單位是絕對溫標，壓力為絕對壓力。 （P0=1.0133105Pa，T0=293K） 0 空氣標準狀態(tài)密度（1.293kg/m3） f 被測介質(zhì)標準狀態(tài)密

16、度 Q0 顯示流量 Qf實際流量（標準狀態(tài)）,某廠用轉(zhuǎn)子流量溫度為27,表壓為0.16MPa的空氣流量,問轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為38Nm3/h時,空氣的實際流量是多少?,例,已知：Q0=38Nm3/h，p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,T1=27+273=300K，T0=293K,p0=0.10133MPa,1=2=1.293kg/Nm3,解,所以苯的實際流量是60Nm3/h,轉(zhuǎn)子流量計用來測量水蒸汽流量時,若將蒸汽流量換算為水流量時,可用公式:,(3) 蒸汽流量測量時的換算,若已知某飽和蒸汽(溫度不超過200)流量值時,可從上式換算成相應(yīng)的水流量值,然后按轉(zhuǎn)子流量計選擇合適口徑

17、的儀表,轉(zhuǎn)子流量計的特點,流量計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高； 流量計的基本誤差約為儀表量程的土2; 轉(zhuǎn)子流量計主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量； 流量計的測量精度易受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。,普通轉(zhuǎn)子流量計測量信號不便于遠距離傳送,渦輪流量計,基本工作原理,流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉(zhuǎn)換裝置可將渦輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電脈沖,特點和要求,流量與渦輪轉(zhuǎn)速之間成線性關(guān)系； 渦輪流量計的測量精度較高，可達到0.5級以上； 反應(yīng)迅速，可測脈動流量； 主要用于中小口徑的流量檢測； 僅適

18、用潔凈的被測介質(zhì)，通常在渦輪前要安裝過濾裝置； 流量計水平安裝，前后需一定長度的直管段，一般上游側(cè)和下游側(cè)的直管段長度要求在10D和5D以上； 常溫下用水標定，當(dāng)介質(zhì)的密度和粘度發(fā)生變化時需重新標定或進行補償,應(yīng)用容積法檢測流量,單位時間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù),測量原理,設(shè)：V0計量室的容積 n轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù),則,排出的流體總量,腰輪流量計,測量原理,腰形輪每轉(zhuǎn)動一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。,計量室體積,腰輪轉(zhuǎn)速,體積流量,流量檢測方法及儀表,腰輪流量計,腰輪流量計是一種容積式流量測量儀表，用以測量封閉管中流體的體積流量。

19、 就地顯示累積流量，并有遠傳輸出接口，與相應(yīng)的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器和流量積算儀配套，可進行遠程測量，顯示和控制。 精度高，重復(fù)性好，范圍度大，對流量計前后直管段要求不高。 適用較高粘度流體，流體粘度變化對示值影響較小。 適用無腐蝕性能的流體，如原油，石油制品(柴油,潤滑油等)。 缺點: (1)被測介質(zhì)中不能含有固體顆粒,不能夾雜機械物 (2)使用溫度有一定的要求,溫度過高,易卡死 (3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工成本高,使用不當(dāng),或時間過久,易發(fā)生泄漏,腰輪流量計,電磁流量計,基本工作原理,導(dǎo)電流體切割磁力線，會產(chǎn)生電動勢,適用場合,可以檢測具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液，腐蝕性液體以及含有固體顆粒的液體，

20、但不能檢測氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。,電磁流量計原理,電磁流量計的特點,測量導(dǎo)管內(nèi)無可動或突出于管道內(nèi)部的部件，因而壓力損失極??； 只要是導(dǎo)電的，被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)； 流量計的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響； 測量管道口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于0.5級； 電磁流量計反應(yīng)迅速，可以測量脈動流量； 主要缺點： 被測流體必須是導(dǎo)電的，不能小于水的電導(dǎo)率 不能測量氣體、蒸汽和石油制品等的流量 由于襯里材料的限制，一般使用溫度為0200； 因電極

21、嵌裝在測量導(dǎo)管上的，使工作壓力限制(一般0.25MPa）,漩渦流量計,基本工作原理,把一個漩渦發(fā)生體（非流線型對稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過漩渦發(fā)生體時會在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，形成渦列，該漩渦列就稱為卡曼渦街 只有當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距L滿足為hL0.281條件時，卡曼渦列才是穩(wěn)定的。且單列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體流速v成正比，與柱體的特征尺寸d（漩渦發(fā)生體的迎面最大寬度）成反比，即：,流量方程,St稱為斯特勞哈爾數(shù)（無因次數(shù)），St主要與漩渦發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。在雷諾數(shù)為500150000的范圍內(nèi)，St基本上為一常數(shù)。,漩渦頻率的檢測方法,熱敏檢測法，電容檢測