流体流量的测量方法

1、第四章第四章 流量测量流量测量第一节第一节 概述概述一、基本概念一、基本概念 l 流量（瞬时流量）流量（瞬时流量） 质量流量质量流量 体积流量体积流量 l 累积流量累积流量 第一节第一节 概述概述二、流量测量的主要方法和分类二、流量测量的主要方法和分类l 差压式：节流变压降式：孔板差压式：节流变压降式：孔板 喷嘴喷嘴 节流变截面：浮子节流变截面：浮子 靶式靶式 动压管式：毕托管动压管式：毕托管 均速管）均速管）l 速度式：速度式：涡轮式涡轮式 涡街式涡街式 电磁式电磁式 超声波式超声波式l 容积式：容积式：椭圆齿轮式椭圆齿轮式 腰轮式腰轮式 刮板式刮板式 l 质量式：科氏力质量式：科氏力第二节

2、第二节 差压式流量测量差压式流量测量一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量计二、标准节流装置二、标准节流装置三、其他差压式流量计三、其他差压式流量计 一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量计 节流测量原理节流测量原理： 对于一定形状和尺寸的阻力件，一对于一定形状和尺寸的阻力件，一定的测压位置和前后直管段，在一定的定的测压位置和前后直管段，在一定的流体参数情况下，流体参数情况下，阻力件前后的差压阻力件前后的差压与与体积流量体积流量之间有一定的函数关系之间有一定的函数关系1：节流装置：节流装置2：压力信号传输管：压力信号传输管3：差压仪表：差压仪表一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量

3、计 测量系统组成：测量系统组成： G节流装置节流装置压力信号管路压力信号管路差压计差压计流量显示流量显示I流量信号流量信号压力压力信号信号P1、P2压力压力信号信号PP1、P2一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量计 流量公式推导： 设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，并忽略流动阻力损失，对截面1、2写出下列伯努利方程：22222211vpvp 根据流体的连续性方程，有221244vdvD224vdqv流体流经截面2的体积流量为： 得体积流量：)(24)(112124ppdDdqv存在的问题：一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量计 流量公式：流量公式： Ddpdapdaqv2424

4、222 流量系数 与下列因素有关： 节流件的形式、值、雷诺数、管道粗糙度及取压方式等 对于可压缩流体 流量公式：pDapdaqv122122424pDapdaqm122122424 流量测量的温度压力补偿流量测量的温度压力补偿 为什么要进行补偿？二、标准节流装置二、标准节流装置 流体和管道条件流体和管道条件: : 只适用于测量圆形截面管道中的单相、只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，流体流经节流件前应均质流体的流量，流体流经节流件前应达到充分紊流，流速为亚音速。达到充分紊流，流速为亚音速。二、标准节流装置标准节流装置 组组 成成：标准节流件取压装置直管段：标准节流件取压装置直管段

5、1上游侧第二个局部阻力件；上游侧第二个局部阻力件；2上游侧第一个局部阻力件上游侧第一个局部阻力件3节流件；节流件；4下游侧第一个局部阻力件下游侧第一个局部阻力件二、标准节流装置标准节流装置1标准节流件标准节流件 标准孔板标准孔板 标准喷嘴标准喷嘴 标准孔板标准孔板75. 02 . 0E=0.020.05De=0.0050.02Dd=12.5mmmmDmm10005075. 02 . 0 标准喷嘴标准喷嘴 圆弧形的收缩部分和圆筒形的喉部组成 标准孔板和标准喷嘴性能比较标准孔板和标准喷嘴性能比较 ： 1 1）标准孔板比标准喷嘴加工方便、安装）标准孔板比标准喷嘴加工方便、安装容易、省料、造价低；容易

6、、省料、造价低； 2 2）测量高温高压蒸汽或具有腐蚀性流体）测量高温高压蒸汽或具有腐蚀性流体时，喷嘴较孔板合适；时，喷嘴较孔板合适； 3 3）孔板测量误差较喷嘴大，压力损失也）孔板测量误差较喷嘴大，压力损失也比标准喷嘴大。比标准喷嘴大。 二、标准节流装置标准节流装置2 2取压方式和取压装置取压方式和取压装置 取压方式取压方式 标准取压装置标准取压装置 1) 角接取压装置角接取压装置 2) 法兰取压装置法兰取压装置 二、标准节流装置二、标准节流装置3节流件前后的直管段节流件前后的直管段 由局部阻力件形式、节流件类型以及由局部阻力件形式、节流件类型以及直径比决定。直径比决定。三、其他差压式流量计三

7、、其他差压式流量计 皮托管皮托管 均速管均速管 浮子（转子）流量计（恒压降浮子（转子）流量计（恒压降变截面流量计、变面积流量测变截面流量计、变面积流量测量、面积流量测量）量、面积流量测量）第三节第三节 速度式流量测量速度式流量测量一、涡轮流量计一、涡轮流量计二、涡街（漩涡）流量计二、涡街（漩涡）流量计三、电磁流量计三、电磁流量计四、超声波流量计四、超声波流量计 一、涡轮流量计一、涡轮流量计 测量原理与结构测量原理与结构 利用置于流体中的利用置于流体中的涡轮的旋转涡轮的旋转角速度角速度与与流体速度流体速度成比例的关系，成比例的关系，通过通过测量涡轮的转速测量涡轮的转速来反映通过管来反映通过管道的

8、体积流量道的体积流量rvtgAvqvvvkqqrAZtgf2k仪表常数，由实验标定 特点特点 1 1）精度较高（）精度较高（0.5%0.5%）；）；2 2）测量范围宽）测量范围宽, ,量程比大（量程比大（qmax/qmin=6=61010）；）；3 3）惯性小，响应快（）惯性小，响应快（1 15050ms）；）；4 4）耐高压，压力损失小；）耐高压，压力损失小；5 5）安装检修方便，耐腐蚀，适用流体多；）安装检修方便，耐腐蚀，适用流体多； 缺点缺点 1 1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒；）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒；2 2）不适于测量粘度过大的液体的流量。）不适于测量

9、粘度过大的液体的流量。4 4安装安装 二、涡街流量计二、涡街流量计 测量原理测量原理 在流体中放置一个在流体中放置一个有对称形状的有对称形状的非流线型阻流体（漩涡发生体）非流线型阻流体（漩涡发生体）时，时，从阻流体下游两侧就会交替产生两列从阻流体下游两侧就会交替产生两列有规则的漩涡（卡门涡街）。有规则的漩涡（卡门涡街）。 在一定的流量范围内在一定的流量范围内漩涡分离漩涡分离的频率的频率与管道内的平均流速成正比，与管道内的平均流速成正比，与阻流体的宽度成反比。与阻流体的宽度成反比。 kfmdfsDvDqtv4422vmdsft三角柱漩涡流量计框图三角柱漩涡流量计框图 特点：特点： 1 1）精确度

10、比较高（）精确度比较高（1%1%2%2%）2 2）测量范围宽（量程比）测量范围宽（量程比1010：1 1或或2020：1 1）3 3）无可动部件，可靠性高，压损小）无可动部件，可靠性高，压损小 4 4）结构简单牢固，安装维护方便费用较低；）结构简单牢固，安装维护方便费用较低；5 5）适用流体种类多，可适用液体、气体、蒸）适用流体种类多，可适用液体、气体、蒸气和部分混相流体的流量测量。气和部分混相流体的流量测量。 安装：安装：对直管段要求高对直管段要求高三、电磁流量计三、电磁流量计 测量原理测量原理 导电的流体介质在磁场中作垂直导电的流体介质在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时，会在管道方向流动

11、而切割磁力线时，会在管道两边的电极上产生两边的电极上产生感应电动势感应电动势vBDE EBDvDqv4422三、电磁流量计三、电磁流量计 组成组成 变送器变送器将流速（流量）信号转变为感将流速（流量）信号转变为感应电动势；应电动势；转换器转换器将变送器送来的电压信号放将变送器送来的电压信号放大，并且线性地转换成标准电信号输出。大，并且线性地转换成标准电信号输出。 特点：特点：1）无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量；）无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量；2）无可动部件，也无插入管道的阻力件，故压力损失小；）无可动部件，也无插入管道的阻力件，故压力损失小；3）可测量具有一定电导率的酸、碱、

12、盐溶液，脏污介质、）可测量具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，脏污介质、腐蚀性介质以及含有固体颗粒（泥浆、矿浆等）悬浊性液腐蚀性介质以及含有固体颗粒（泥浆、矿浆等）悬浊性液固两相流的液体流量；固两相流的液体流量；4）测量范围宽。）测量范围宽。 缺点：缺点：1）被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制）被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制品等含有大量气体和电导率很低的液体流量；品等含有大量气体和电导率很低的液体流量；2）由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用）由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量高温介质的流量；于测量高温介质的流量；3）易受外界电磁干扰

13、的影响。）易受外界电磁干扰的影响。四、超声波流量计四、超声波流量计四、超声波流量计四、超声波流量计 传播时间法传播时间法：（时差法、相差法、频差法）（时差法、相差法、频差法） 根据流体的流速不同，从而根据流体的流速不同，从而超声波传播的超声波传播的速度速度不同不同来来测量流速的。测量流速的。四、超声波流量计四、超声波流量计 多普勒法多普勒法 利用流体中利用流体中固体微粒或气泡固体微粒或气泡对超对超声波的散射所产生的声波的散射所产生的多普勒频移多普勒频移来确来确定流体速度定流体速度便携式便携式一体式标准管段式一体式标准管段式手持式手持式 特点特点1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量；）可安装在

14、管道外壁上，实现不接触测量；2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非导电性、放射性流体的流量测量；导电性、放射性流体的流量测量；3）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液体流量测量。体流量测量。 缺点：缺点：1）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体，会影响声传播；超过某一范围的液体，会影响声传播； 2）准确度不高，在）准确度不高，在2左右；流体的声速是温度的函数，左右；流体的声速是温度的函数，流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情况会影响测量结果，需要进行修正。况会影响测量结果，需要进行修正。第四节第四节 容积式流量测量容积式流量测量 让被测流体充满具有一定容积让被测流体充满具有一定容积的空间，然后再把这部分流体从出的空间，然后再把这部分流体从出口排出，根据单位时间内排出的流口排出，根据单位时间内排出的流体体积可直接确定体积流量体体积可直接确定体积流量 测量原理：测量原理：