热工测量与自动检.ppt

第六章流量测量 流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量 质量流量 是单位时间内通过的流体质量 用M表示 单位为kg s 重量流量 是单位时间内通过的流体重量 用W表示 单位为N s 体积流量 是单位时间内通过的流体体积 用Q表示 单位为m3 s 用体积流量表示时 一定要知道流体的压力和温度参数时 才完全确定 这三种方法中 质量流量是表示流量的最好方法 它们三者之间可以互相换算 质量流量和体积流量有下列关系 M Q质量流量和重量流量之间关系为 W Mg 流量有瞬时流量和累积流量之分 所谓瞬时流量 是指在单位时间内流过管道或明渠某一截面的流体的量 所谓累积流量 是指在某一时间间隔内流体通过的总量 该总量可以用在该段时间间隔内的瞬时流量对时间的积分而得到 所以也叫积分流量 累积流量除以流体流过的时间间隔 即为平均流量 工业上常用的流量计 按其测量原理分为以下四类 1 差压式流量计 主要利用管内流体通过节流装置时 其流量与节流装置前后的压差有一定的关系 属于这类流量计的有标准节流装置等 2 速度式流量计 主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转 叶轮的转速和流体的流速成正比 属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等 3 容积式流量计 主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理 属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计 4 其它类型流量计 如基于电磁感应原理的电磁流量计 涡街流量计等 第一节孔板式流量计 一 孔板式流量计工作原理孔板式流量计又称节流式流量计 它是利用流体流经节流装置时产生压力差的原理来实现流量测量的 目前工业中测量气体 液体和蒸汽流量最常用仪表 差压式流量计主要由节流装置 差压计 显示仪 信号管路四部分组成 节流装置主要有 标准孔板 喷嘴 文丘利管 a 孔板 b 喷嘴 c 文丘利管 节流装置工作原理图 二 流量方程 根据伯努利方程和流体流动的连续性方程有 不可压缩流体的体积流量基本方程为 不可压缩流体的质量流量基本方程为 可压缩流体的流量基本方程为 标准孔板的原始流量系数与雷诺数的关系 流量系数与节流装置的形式 取压方式 雷诺数Re 节流装置开口截面比和管道内壁粗糙度等有关 标准孔板是用不锈钢或其它金属材料制造的薄板 它具有圆形开孔并与管道同心 其直角入口边缘非常锐利 且相对于开孔轴线是旋转对称的 标准孔板的形状如图所示 三 标准节流装置 标准喷嘴 它是一个以管道喉部开孔轴线为中心线的旋转对称体 由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与之相接的圆筒形喉部所组成 其结构如图所示 标准喷嘴 标准节流装置的使用条件 1 被测介质应充满全部管道截面并连续流动 2 管道内流束流动状态稳定 3 在节流装置前后要有足够长的直管段 为二倍管道直径 管道内表面不能有凸出物和明显的粗糙不平现象 4 各种标准节流装置的使用管径D的最小值规定如下 孔板 0 05 m 0 70时 D 50mm喷嘴 0 05 m 0 65时 D 50mm 四 取压方式 对各种节流装置取压方式均不相同 即取压孔在节流装置前后的位置不同 即使在同一位置上 为了达到压力均衡 也采用不同的取压方式 对标准节流装置 每种节流元件的取压方式有明确规定 孔板常采用的妈压方式有五种 角接取压法 理论取压法 径距取压法 法兰取压法和管接取压法 法兰取压示意图 一 法兰取压法不论管道直径大小 上下游取压中心均位于距离孔板两侧相应端25 4mm处 二 角接取压法 上下游的取压管位于孔板前后端面处 通常用环室取压或夹紧环取压 环室取压是在紧贴孔板的上 下游形成两个环室 通过取压管测量两个环室的压力差 环室取压均匀 测量误差小 对直管段长度要求较短 多用于管道直径小于400mm处 夹紧环取压是在紧靠孔板上 下游两侧钻孔 直接取出管道压力进行测量 夹紧环取压多用于管道直径大于200mm处 国家标准中规定的两种取压装置 即角接取压装置和法兰取压装置 其中角接取压适用于孔板和喷嘴 而法兰取压仅用于孔板 环室和夹紧环结构 五 标准节流装置的安装要求 第二节电磁流量计 一 电磁流量计工作原理电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表 测量精度不受被测液体的黏度 密度及温度的影响 且测量管道中没有任何阻碍液体流动部件 所以几乎没有压力损失 可以测量各种腐蚀性介质 酸 碱 盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液 此流量计无机械惯性 反应灵敏 可以测量脉冲流量 而且线性较好 可以直接进行等分刻度 但电磁流量计 由于只能测量导电液体 因此对于气体 蒸气以及含大量气泡的液体 或者电导率很低的液体不能测量 由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作 所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质 如图所示 设在均匀磁场中 垂直于磁场方向有一个直径为D的管道 管道由不导磁材料制成 当导电的液体在导管中流动时 导电液体切割磁力线 因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势 如安装一对电极 则电极间产生和流速成比例的电位差 式中 E为感应电动势 B为磁感应强度 D为管道内径 v为液体在管道内平均流速 则体积流量有 二 电磁流量计的结构 MKULC2100系列电磁流量计 MKULC2100系列电磁流量计性能特点 测量介质 导电介质流速范围 0 3 10m s测量精度 0 5 FS1 0 FS显示方式 LCD显示瞬时流量 累积流量 介质温度 0 70 0 90 0 150 可选 压力 1 6Mpa 2 5Mpa 6 4Mpa 16Mpa 25Mpa 32Mpa输出信号 频率输出0 2kHz 电压输出1 5V电流输出4 20mA RS 485串行接口断电数据保存时间 10年电源 220VAC 15 24VDC 5 可选 平均无故障工作时间 MTBF 30000h防护等级 IP67 IP68 只适用于分体型 衬里材料 聚氨脂橡胶 氯丁橡胶 聚四氟乙烯 F46 电极材料 316L 哈氏合金HB 哈氏合金HC 特殊材料 如 钛 钽 铂等稀有金属材料 第三节涡轮流量计 在 定范围内 涡轮的转速与流体的平均流速成正比 通过磁电转换装置将涡轮转速变成电脉冲信号 以推导出被测流体的瞬时流量和累积流量 涡轮流量计的特点和使用 优点 其测量精度高 复现性和稳定性均好 量程范围宽 量程比可达 10 20 1 刻度线性 耐高压 压力损失 对流量变化反应迅速 可测脉动流量 抗干扰能力强 信号便于远传及与计算机相连 缺点 制造困难 成本高 场合 通常涡轮流量计主要用于量精度要求高 流量变化快的场合 还用作标定其他流量的标准仪表 第四节超声波流量计 一 超声波流量计的测量原理 当超声波在流体中传播时 会载带流体流速的信息 因此 根据对接收到的超声波信号进行分析计算 可以检测到流体的流速 进而可以得到流量值 超声波流量测量方法有很多 传播速度差方法和多普勒方法的基本原理与流量方程 传播速度差法的基本原理为 测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速 根据测量的物理量的不同 可以分为时差法 测量顺 逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差 相差法 测量超声波在顺 逆流中传播的相位差 频差法 测量顺 逆流情况下超声脉冲的循环频率差 频差法是目前常用的测量方法 它是在前两种测量方法的基础上发展起来的 通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速 在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后 立即发射出一个脉冲 这样以一定频率重复发射 对于顺流和逆流重复发射频率为 超声波流量计的特点与应用超声波流量计由超声波换能器 电子线路及流量显示系统组成 超声波换能器通常由锆钛酸铅陶瓷等压电材料制成 通过电致伸缩效应和压电效应 发射和接收超声波 换能器在管道上的配置方式如图所示 超声波换能器在管道上的配置方式 第五节转子流量计 一 转子流量计的结构形式和工作原理转子流量计又名浮子流量计具有结构简单 使用方便 价格便宜 量程比大 刻度均匀 直观性好等特点 可测量各种液体和气体的体积流量 并将所测得的流量信号就地显示或变成标准的电信号或气信号远距离传送 转子流量计主要由转子