合肥工业大学化工仪表第3章3流量检测方法及仪表

1、 流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 流量测量技术和仪表的应用领域流量测量技术和仪表的应用领域 工业生产过程能源计量一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等生物技术 交通运输 环保工程 空气污染空气污染( (烟废气排放烟废气排放 ) )、水污染、水污染 管道输送管道输送 流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪

2、表流量检测方法及仪表v应用容积法检测流量（应用容积法检测流量（椭圆齿轮流量计）v应用动、静压能转换原理检测流量应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计)v应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计)v应用电磁感应原理检测流量应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计)v应用有规则的漩涡剥离现象测量流体流量应用有规则的漩涡剥离现象测量流体流量(漩涡流量计)v应用叶轮的转动测流量应用叶轮的转动测流量(涡轮流量计)v质量流量计的测量方法质量流量计的测量方法(直接式和间接式的测量直接式和间接式的测量)本节主要内容本节主要内容流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测的基本

3、概念流量检测的基本概念瞬时流量瞬时流量单位时间内流体通过一定截面积的数量。单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量体积流量用流体的体积来表示（用流体的体积来表示（Q Q），单位为），单位为m m3 3/h/h。质量流量质量流量用流量的质量来表示（用流量的质量来表示（MM），单位为），单位为kg/hkg/h。累积流量累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值累积体积流量dtQQt0总流量计量流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。dtMMt0总累积质量流量流量测量的任务流量测量的任务： 根据测量目的，被

4、测流体的种类、状态、测量场所等条件，根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表体积流量的测量方法体积流量的测量方法 （1 1）容积法：）容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。容积数来计算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷

5、诺数的流体。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。 （2 2）速度法：）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。流量。 较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。称等都会给测量带来误差。 流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 质量流量的测量方法质量

6、流量的测量方法（1 1）直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法； 利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法； 应用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。（2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质量流量。 qv2检测元件和检测元件的组合； qv检测元件和检测元件的组合； qv2检测元件和qv检测元件的组合。流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差压式流量计差压式流量计 测量对象测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面管径方面：从几毫米

7、到几米；流动条件流动条件：亚音速流、临界流、脉动流基于流体流动的节流原理,利用流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的;历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强， 几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计 孔板引压管差压计流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 差压式流量计组成节流装置节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器差压变送器：产生的差压转换为标准电

8、信号（：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA4-20mA）。）。节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqp流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差压式流量计分类表差压式流量计分类表 分类原则 分 类 类 型 按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；

9、17）临界流节流装置按用途分类1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置；流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用动压能和静压能转换的原理检测流量应用动压能和静压能转换的原理检测流量 节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理检测原理当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。基础：基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。压差影响因素：压差影响

10、因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 流量基本方程式流量基本方程式根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即 体积流量 /20pFQ 质量流量 pF20式中 流量系数 节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流 体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于标准节流装置，值可直接从有关手册中查出。 流束膨胀系数 F0节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差流量与压力差的平方根成正比流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 标准节流元件标准孔板标准孔板结构简单，安装方便，

11、适合大流量的测量标准喷嘴标准喷嘴标准文丘里管标准文丘里管结构复杂，压力损失比孔板小(a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式 标准孔板的几种取压方式 取压方式取压方式：角接取压法孔板或喷嘴前后两端面与管壁的夹处取压 （标准孔板） 法兰取压法流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表选用考虑要点 安装条件方面 流件前后有必要直管段长度 引压管线 仪表性能方面(1) 精确度、重复性、线性度、流量范围 压力损失流体特性方面 流体物性参数的确定 (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等环境条件方面流量检测方法及仪表流量检测

12、方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表4545(a)液体4545(b)气体4545(c)蒸汽流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表引压管内径与引压管长度引压管内径与引压管长度引压管内径 引压管 mm 长度 m被测介质1.61.64.54.59水、水蒸气、干气体791013湿气体131313低中粘度油品131925脏液体252533+11223311445516655777(a) (b) (c)1取压口取压口 2放空阀放空阀 3贮气罐贮气罐 4贮液罐贮液罐5排放阀排放阀 6凝液罐凝液罐 7差压变送器差压变送器流量检测方

13、法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 +2131、2切断阀 3平衡阀HhDdP( )P( )P( )流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点：下几点： （1 1）差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，）差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。选择时应与节流装置孔径匹配。 （2 2）在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度）在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度与设与设

14、计时的密度计时的密度cc不相同，这时必须对示数进行修正。不相同，这时必须对示数进行修正。（3 3）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。 （4 4）节流装置应正确安装。）节流装置应正确安装。 （5 5）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安装差压信号管路。这就需要正确安装差压信号管路。 hAgVhQphQAgVhMphMAgVpppAppgVfftffftfftft)(22)(2

15、2)()()(2121流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表转子流量计转子流量计差动变压器差动变压器T1电动显示部分：电动显示部分：差动变压器差动变压器T2放大器放大器可逆电机可逆电机凸轮凸轮显示机构显示机构流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差动变压器的结构与原理差动变压器的结构与原理组成：铁芯，骨架，初级线圈组成：铁芯，骨架，初级线圈(绕在骨架的内层，同相串联绕在骨架的内层，同相串联)，次级线圈次级线圈(绕在骨架的外层，反相串联绕在骨架的外层，反相串联)。流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表图3-10 差动变压器结构铁芯处于中间位置时：e1=e2u=e1-e2=0铁芯上移时：e1，e2u=e

16、1-e20铁芯下移时：e1，e2u=e1-e20时，T1 铁芯上移.e1e12uab放大可逆电机转动凸轮转动T2铁芯上移e3e34uabe12-e34=0可逆电机停显示Qe2e4流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表02 ()twvwVgqhA2 ()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表用一个用水标定的转子流量计来测量苯的流量，流量计的读数为28 m3/h，已知转子密度为7920 kg/m3的不锈钢，苯的密度为0.831 kg/L，求苯的实际流量是多少？hmQQwftfwty/08.3111. 128831.

17、 0) 192. 7(1)831. 092. 728)()(30（苯例已知：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： 解所以苯的实际流量是31.08m3/h。fwftfwtfftfwwtQQAgVhQAgVhQ)()()(2: )(2:00实际液水标定0,00000()()tftffftfQQQ0000ffffpTQQpT流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表某厂用转子流量温度为27,表压为0.16MPa的空气流量,问转子流量计读数为38Nm3/h时,空气的实际流量是多少?例已知：Q0=

18、38Nm3/h，p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,T1=27+273=300K，T0=293K,p0=0.10133MPa,1=2=1.293kg/Nm3解所以苯的实际流量是60Nm3/h0000ffffpTQQpT流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表转子流量计用来测量水蒸汽流量时,若将蒸汽流量换算为水流量时,可用公式: (3) 蒸汽流量测量时的换算fwfftwtMQ)()(0ffffffwfftwtMQMMQ156.29:10009 . 719 . 7)()(00简化若已知某饱和蒸汽(温度不超过200)流量值时,可从上式换算成相应的水流量值,然后按转子流量计选择合适口径的

19、仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用容积法检测流量应用容积法检测流量 单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据 测量原理测量原理0nVV 设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数则排出的流体总量 根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型） 腰轮流量计（气体型和液体） 刮板式流量计（液体型）流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表腰轮流量计腰轮流量计测量原理测量原理腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。 04nVV 计量室体积腰轮转速体积流量流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 腰轮流量计 腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量。 就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制。 精度高，重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。 适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小。 适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品(柴油,润滑油等)。 缺点: (1)被测介质中不能含有固体颗粒,不能夹杂机械物 (2)使用温度有一定的要求,温度过高,易卡死 (3)结构复杂,加工成本高,使用不当,或时间过久,易发生泄漏腰轮流量计腰轮流