第三章 第三节流量检测

1、第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表一、概述一、概述二、差压式流量计二、差压式流量计三、转子流量计三、转子流量计四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计五、五、电磁流量计电磁流量计六、漩涡流量计六、漩涡流量计常用单位：常用单位：t/h，kg/h 等。等。一、概一、概 述述 单位时间内流过某一截面的流体数量的大小。单位时间内流过某一截面的流体数量的大小。可采用体积或质量流量来表示。可采用体积或质量流量来表示。2.2.体积流量体积流量单位时间内流经某一有效截面的流体体积单位时间内流经某一有效截面的流体体积 。vAQ 3.3.质量流量质量流量单位时间内流经某一有效截面的流体质量。单位时间内流经某一

2、有效截面的流体质量。常用单位：常用单位：L/h， /h 等等 。3m1.1.瞬时流量瞬时流量 vAM 4.4.累积流量累积流量( (总量总量) ) 某一段时间内流经某一有效截面的流体总和。某一段时间内流经某一有效截面的流体总和。 （1 1）体积累积流量）体积累积流量 某一段时间内流经某一有效截面的流体体积总和。某一段时间内流经某一有效截面的流体体积总和。 tQdtQ0总总常用单位：常用单位：L，m3 等等 （2 2）质量累积流量）质量累积流量 某一段时间内流经某一有效截面的流体质量总和。某一段时间内流经某一有效截面的流体质量总和。 tMdtM0总总常用单位：常用单位：T，kg 等等 测量瞬时流

3、量的仪表一般称测量瞬时流量的仪表一般称流量计流量计，而测量累计流，而测量累计流量量( (总量总量) )的仪表称为的仪表称为计量表计量表（总量表）。（总量表）。 5.5.流量测量仪表的分类流量测量仪表的分类（1 1）速度式流量计）速度式流量计 主要是以测量流体在管道内的主要是以测量流体在管道内的流动速度流动速度。如差压式流。如差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。（2 2）容积式流量计）容积式流量计 主要利用流体在主要利用流体在单位时间内连续单位时间内连续通过固定容积的数通过固定容积的数目目。如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。如椭圆齿轮流

4、量计、活塞式流量计等。（3 3）质量式流量计）质量式流量计主要利用测量流过主要利用测量流过流体的质量流体的质量。第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表一、概述一、概述二、差压式流量计二、差压式流量计三、转子流量计三、转子流量计四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计五、五、电磁流量计电磁流量计六、漩涡流量计六、漩涡流量计1 1、概述、概述 基于流体流动的节流原理基于流体流动的节流原理,利用流利用流体流经节流装置时产生的压力差而体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量。实现流量测量。二、差压式流量计二、差压式流量计差压式流量计的组成差压式流量计的组成: :1).1).节流装置节流装置( (节流

5、元件和取压装置节流元件和取压装置) ) vP P2).2).引压管路引压管路3).差压计差压计(差压变送器差压变送器) P 4-20mA信号输出信号输出 将将P 差压计差压计图图3-17 3-17 孔板附近的流速和压力分布孔板附近的流速和压力分布 2. 节流现象及流量基本方程式节流现象及流量基本方程式(1).(1).节流现象节流现象 节流元件：节流元件：改变管道中流体改变管道中流体 流通截面积的元件。流通截面积的元件。 动压能与静压能转换的原理。动压能与静压能转换的原理。流体流经节流元件将流体流经节流元件将vp，测量测量p 来进行流量测量。来进行流量测量。流体流经节流元件流体流经节流元件产生压

6、力变化产生压力变化工作原理：工作原理：(2).(2).流量基本方程式流量基本方程式 根据流动连续性方程根据流动连续性方程( (质量守恒定律质量守恒定律) )和伯努利方程和伯努利方程( (能量守恒定律能量守恒定律) )得出。得出。流动连续性方程流动连续性方程021AvAv 伯努利方程伯努利方程22222222211vvpvp 式中式中 节流元件前、后压力；节流元件前、后压力；21, pp21,vv 节流元件前、后流体的流速；节流元件前、后流体的流速；流体的密度；流体的密度； 阻力系数；阻力系数；0, AA管道截面积，节流元件开孔截面积。管道截面积，节流元件开孔截面积。整理得：整理得：pFQ 10

7、2pFM 102式中式中 流量系数；流量系数； 节流装置前的流体密度；节流装置前的流体密度； p节流装置前后测得的差压；节流装置前后测得的差压； 节流件的开孔截面积；节流件的开孔截面积； 膨胀校正系数（液体膨胀校正系数（液体=1;=1;可压缩流体可压缩流体11）；）；10F(3-15)(3-16) 根据已知数据设计、加工、制造和安装的节流装置根据已知数据设计、加工、制造和安装的节流装置, ,无需进行标定无需进行标定, ,可直接用于流量测量。可直接用于流量测量。它包括它包括节流元件和取压装置。节流元件和取压装置。3.3.标准节流装置标准节流装置1 1）标准节流元件）标准节流元件 标准孔板标准孔板

8、 孔板是一块加工成同心圆的具有锐利孔板是一块加工成同心圆的具有锐利直角边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘直角边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角。应是锐利的直角。特点：特点：a.a.压力损失较大；压力损失较大；b.b.一般只适用于洁净流体。一般只适用于洁净流体。 标准喷嘴标准喷嘴特点：特点：a.a.压力损失略小于孔板；压力损失略小于孔板；b.b.对带有污垢的流体介质较为适宜。对带有污垢的流体介质较为适宜。 喷嘴和长径喷嘴。由两个圆弧曲面构成的入口收缩喷嘴和长径喷嘴。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组成。部分及与之相接的圆筒形喉部组成。 标准文丘里管标准文丘里管 上

9、、下游取压口应做成单独管壁取压口形式上、下游取压口应做成单独管壁取压口形式, 由均压由均压环将几个取压口连接起来。环将几个取压口连接起来。4.4.标准取压方式标准取压方式 1)1)角接取压角接取压: :在孔板在孔板( (或喷嘴或喷嘴) )前后两端面与管壁的夹角处取压前后两端面与管壁的夹角处取压. . 环室取压环室取压: :在节流元件上、下游两侧端面有一道在节流元件上、下游两侧端面有一道 环形缝隙产生的静压经缝隙进入环室。环形缝隙产生的静压经缝隙进入环室。单独钻孔取压单独钻孔取压:在节流元件两侧端面法兰上直接取压。在节流元件两侧端面法兰上直接取压。 角接取压法适用于孔板、喷嘴。角接取压法适用于孔

10、板、喷嘴。图图3-19 3-19 环式取压结构环式取压结构1-1-管道法兰管道法兰;2-;2-环室环室;3-;3-孔板孔板;4-;4-夹紧环夹紧环2）法兰取压）法兰取压:距节流件前后端面距节流件前后端面1英寸英寸(25.4mm)处取压。处取压。 (C)(C)法兰取压法兰取压 XX仅适用于孔板仅适用于孔板。3）径距取压）径距取压:距节流件前端面距节流件前端面1D、节流件后端面、节流件后端面D/2 处取压处取压,适用于孔板和喷嘴。适用于孔板和喷嘴。 DDD/2(d)D-D/2(d)D-D/2取压取压5、差压式流量计的测量误差、差压式流量计的测量误差（1）.节流装置的安装节流装置的安装1)节流元件的

11、入口端面要与管道轴线垂直节流元件的入口端面要与管道轴线垂直,其其偏差不超偏差不超12)保证节流元件与管道同心保证节流元件与管道同心,不同心度不的超过不同心度不的超过 0.015D(D/d-1)(D:管道直经管道直经;d:孔板开孔直经孔板开孔直经)。3)节流元件前、后保持有足够的直管段节流元件前、后保持有足够的直管段,节流元件节流元件前有前有 15-20D的直管段。节流元件的直管段。节流元件后有后有5D的直管段。的直管段。4)在直管段内不允许安装测量元件或开设取压口在直管段内不允许安装测量元件或开设取压口,管内管内表面应光滑。表面应光滑。5)注意节流元件的安装方向。注意节流元件的安装方向。从安装

12、中找原因从安装中找原因(2).(2).取压点的选择取压点的选择取压点对不同检测介质有不同要求取压点对不同检测介质有不同要求,如图所示如图所示测液体时测液体时, 取压点在节流装置中心水平线下方取压点在节流装置中心水平线下方(a)045 测气体时测气体时, 取压点在节流装置中心水平线上方取压点在节流装置中心水平线上方(b)045 测蒸汽时测蒸汽时, 取压点在节流装置中心水平线位置引出。取压点在节流装置中心水平线位置引出。（a）液体液体（b）气体气体045045图图3-23测量蒸汽流量的连接图测量蒸汽流量的连接图(3).引压管线的安装引压管线的安装1)引压管线引压管线内径内径一般不小于一般不小于6m

13、m，一般在，一般在10-18mm之间之间。2)长度长度不超过不超过50m,最好在最好在16m 之内。之内。3)引压管线水平敷设时引压管线水平敷设时,要要 有有1:10-1:20的倾斜度的倾斜度。4)如被测介质有腐蚀性时应如被测介质有腐蚀性时应在引压管上加隔离罐在引压管上加隔离罐(如图所如图所示示)。5)引压管上应安装阀门。引压管上应安装阀门。图图3-25 隔离罐的两种形式隔离罐的两种形式(4).(4).差压计与三阀组的安装差压计与三阀组的安装 节流装置只是产生差压节流装置只是产生差压, ,差压差压计将差压测量出来用于显示、计将差压测量出来用于显示、记记录或控制。录或控制。 1 1）差压计）差压

14、计 差压变送器差压变送器控控制制室室 oIp 安装在能满足正常工作条件下的安装在能满足正常工作条件下的场合（温度、湿度、腐蚀性、振动场合（温度、湿度、腐蚀性、振动等）。等）。2 2）三阀组）三阀组 (2(2个切断阀和个切断阀和1 1个平衡阀个平衡阀) )三阀组作用：三阀组作用： . .防止差压计启动和停运时防止差压计启动和停运时, ,由由 于单向受压而损坏。于单向受压而损坏。 启动顺序：启动顺序：(a) 打开平衡阀打开平衡阀3；(b)打开切断阀打开切断阀1、2(先后无关先后无关);(c)关闭平衡阀关闭平衡阀3。 关闭顺序：关闭顺序：(a) 打开平衡阀打开平衡阀3；(b)关闭切断阀关闭切断阀1、

15、2(先后无关先后无关);(c)打开平衡阀打开平衡阀3。. .差压计回零检查。差压计回零检查。图图3-24 差压计阀组安装示意图差压计阀组安装示意图32差压式流量计的特点：差压式流量计的特点：1.测量精度测量精度1%；2.测量元件使用寿命长；测量元件使用寿命长；3.可测量各种工况下的单项流体的流量；可测量各种工况下的单项流体的流量；5.量程比量程比3 :1（ ）；minmax/QQ6.仪表刻度是非线性；仪表刻度是非线性；7.压力损失大。压力损失大。4.适应管径适应管径50-1000mm； 一体化差压流量计一体化差压流量计1、DDZIII型差压变送器的测量范围为型差压变送器的测量范围为0-2500

16、0Pa， 相应流量为相应流量为0-320m3h，求当输出信号为，求当输出信号为12mA时，时，输入差压是多少输入差压是多少?相应流量是多少相应流量是多少?解解: (1) 412420025000 p)(12500 Pap (2)pppQQQ minmaxminmax)/(3 .2263hmQ minminmaxminmaxIIIIppp 12500250000320 QminminmaxminmaxminmaxIIIIpppQQQ 2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为、用差压式流量计测量流量，原设计范围为0-320m3/h，电动电动型差压变器的量程为型差压变器的量程为0100KPa，问：，

17、问： (1)当变送器输出当变送器输出13mA时，对应流量是多少时，对应流量是多少? (2)若采用量程为若采用量程为0125KPa的变送器，此时变送器的输的变送器，此时变送器的输出应为多少出应为多少?解解:(1)4134201000320 pQhmQ/2403 (2)p 100240320KPap25.56 442025.561250 ImAI2 .110 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表一、概述一、概述二、差压式流量计二、差压式流量计三、转子流量计三、转子流量计四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计五、涡轮流量计五、涡轮流量计六、电磁流量计六、电磁流量计七、漩涡流量计七、漩涡流量计三、

18、转子流量计三、转子流量计1.1.工作原理工作原理 转子在锥形管中的转子在锥形管中的平衡位置的高低平衡位置的高低与被测介质的与被测介质的流量大小相对应流量大小相对应。 图图3-26 转子流量计采用的是转子流量计采用的是恒压降、变节流面积恒压降、变节流面积的流量测的流量测量方法。量方法。 转子受力分析：转子受力分析：流体流动通过转子时产生节流流体流动通过转子时产生节流, 产生压力差；产生压力差；21ppp 因此因此, 压差作用在转子上压差作用在转子上, 形成向上力形成向上力21, pp式中式中 转子前、后压力，转子前、后压力，AppF）（上上21 转子最大截面积。转子最大截面积。A图图3-26转子

19、自重与浮力之差转子自重与浮力之差gVFft)( 下下式中式中 转子的体积和转子的密度转子的体积和转子的密度tV , 介质的密度介质的密度f 当转子当转子在某一位置平衡时：在某一位置平衡时：下下上上FF gVAppft）（）（ 21(3-17)恒压降式流量计恒压降式流量计AgVhMfft )(2 gVAppft）（）（ 21(3-17) 由（由（3-17）可得：）可得：(3-18)AgVpppft）（ 21phMf 2phQf 2(3-19)(3-20)AgVhQfft )(2 (3-21)(3-22)为转子浮起的高度。为转子浮起的高度。为仪表常数；为仪表常数；式中，式中，h 根据转子浮起的高根

20、据转子浮起的高度判断流量大小：度判断流量大小：2.2.转子流量计的特点：转子流量计的特点：1).结构简单结构简单,玻璃管的转子流量计玻璃管的转子流量计读数方便读数方便,直观直观。2).可以测量可以测量腐蚀性介质腐蚀性介质。受被测介质密度、粘度、温。受被测介质密度、粘度、温 度、压力等因素影响度、压力等因素影响,精度较低精度较低,最高最高1.0级左右。级左右。 4).常用仪表口径常用仪表口径4050mm以下以下,最小可到最小可到14mm。玻。玻 璃管流量计最大口径璃管流量计最大口径100mm,可以测量小流量几升可以测量小流量几升/小时小时几百立方米几百立方米/小时。小时。6).用于用于就地指示就

21、地指示,不能用于高温、高压场合不能用于高温、高压场合,不能远传不能远传,易碎。易碎。 5).转子流量计只能用于转子流量计只能用于自下向上垂直流动自下向上垂直流动的管道安装。的管道安装。3).压力损失小压力损失小一般只有一般只有50-500Pa。用于远传用于远传, ,高温、高压场合。高温、高压场合。 3.3.电远传式转子流量计电远传式转子流量计 LZD系列电远传式转子流量计主要由系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电流量变送及电动显示动显示两部分组成。两部分组成。图图3-28 图图3-27 4.4.转子流量计示值修正转子流量计示值修正 流 量 计 的 刻 度 是 在 工 业 标 准 状 态流

22、量 计 的 刻 度 是 在 工 业 标 准 状 态 ( 2 0 ，0.101325MPa)下下,以水以水(液体液体)或空气或空气(气体气体)为介质单独为介质单独标定得到的。实际使用时标定得到的。实际使用时,若被测介质密度或工作状若被测介质密度或工作状态不同态不同,必须进行修正。必须进行修正。 1 1）液体流量测量时的修正）液体流量测量时的修正标定时：标定时：AgVhQwwt )(20 实测时：实测时：AgVhQfftf )(2 则修正公式为：则修正公式为：001)()(QKQQQfwtwftf w：水的密度；：水的密度；Q0：用水标定时的刻度流量。：用水标定时的刻度流量。Qf：密度为：密度为f

23、的被测介质的被测介质的流量的流量。体体积积流流量量密密度度修修正正系系数数:)()(wftfwtQK 2 2）气体流量测定时的修正）气体流量测定时的修正 通常还需要将工作状态下的实际气体流量转换为通常还需要将工作状态下的实际气体流量转换为工业标准状态下的实际流量：工业标准状态下的实际流量：01001101QTTppQ 标定时：标定时：AgVhQaat )(20 Q1：被测介质的流量；：被测介质的流量；1：被测介质在标准状态下密度；：被测介质在标准状态下密度；0：校验用介质空气在标准状态下的密度；：校验用介质空气在标准状态下的密度；p1：被测介质的绝对压力；：被测介质的绝对压力；p0：工业基准状

24、态时的绝对压：工业基准状态时的绝对压力力(0.10133MPa)； T1：被测介质的绝对温度；：被测介质的绝对温度； T0：工业：工业基准状态时的绝对温度（基准状态时的绝对温度（293K）；）；Q0：按标准状态刻度：按标准状态刻度的显示流量值。的显示流量值。第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表一、概述一、概述二、差压式流量计二、差压式流量计三、转子流量计三、转子流量计四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计五、五、电磁流量计电磁流量计六、漩涡流量计六、漩涡流量计四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计常用：常用：椭圆齿轮流量计、罗茨流量计椭圆齿轮流量计、罗茨流量计( (腰轮流量计腰轮流量计) )

25、、 刮板流量计刮板流量计等。等。1.1.工作原理工作原理：应用应用容积法容积法测流量。测流量。 测量元件将流体连续不断地分割成测量元件将流体连续不断地分割成固定体积的单元体。固定体积的单元体。根据测量元件的动作次数得到总量。即根据测量元件的动作次数得到总量。即容积分界法容积分界法。 式中式中 V0 固定体积固定体积; n 测量元件的转数测量元件的转数; k 与流量计结构有关的系数。与流量计结构有关的系数。0KnVQ 图图(a)位置位置, p1 p2 , A为主动轮为主动轮,B为从动轮；为从动轮；图图(b)位置位置, A、B均为主动轮；均为主动轮；图图(c)位置位置, B为主动轮为主动轮, A为

26、从动轮；为从动轮；04nVQ (3-34)椭圆齿轮流量计的体积流量为：椭圆齿轮流量计的体积流量为：图图3-292.2.使用特点：使用特点：1 1）泄露量：）泄露量： 主要取决于两个齿轮之间以及与壳体之间的间隙。主要取决于两个齿轮之间以及与壳体之间的间隙。 流体粘度小会降低精度。流体粘度小会降低精度。2 2）压力损失：）压力损失： 主要取决于流体粘度。粘度大主要取决于流体粘度。粘度大, ,压力损失大。压力损失大。 3 3）适用介质：）适用介质： 测量液体流量测量液体流量, ,可以测量腐蚀性介质的流量。可以测量腐蚀性介质的流量。 4）仪表安装：）仪表安装： 椭圆齿轮的轴与地面平行椭圆齿轮的轴与地面

27、平行,仪表前应加过滤器。仪表前应加过滤器。 如果仪表安装在垂直管道时如果仪表安装在垂直管道时,应安装在旁路。应安装在旁路。5）管道口径）管道口径:为为10250mm。 6）适合中、小流量测量）适合中、小流量测量:测量范围为测量范围为3l540 M 3/h。7）准确度）准确度:0.2 0.5 。8）与流体的流动状态无关，适用于高黏度介质的与流体的流动状态无关，适用于高黏度介质的测量。测量。第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表一、概述一、概述二、差压式流量计二、差压式流量计三、转子流量计三、转子流量计四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计五、五、电磁流量计电磁流量计六、漩涡流量计六、漩涡流量计

28、五、电磁流量计五、电磁流量计 使用于测量具有导电性的液体流量使用于测量具有导电性的液体流量, 例如例如: 酸、碱、盐酸、碱、盐溶液以及含有颗粒（泥浆）或纤维液体的流量。溶液以及含有颗粒（泥浆）或纤维液体的流量。1.1.结构与原理结构与原理结构：结构：变送器和转换器组成。变送器和转换器组成。原理：原理：电磁感应定律电磁感应定律(发电机原理发电机原理)BDvKEx 式中式中 Ex感应电动势感应电动势; K比例系数。比例系数。 B磁感应强度磁感应强度; D管道内经管道内经,即流体垂直切割磁力线的长度；即流体垂直切割磁力线的长度； v液体流速液体流速; l 组成及材料组成及材料 测量导管：由非导磁的高

29、阻材料制成测量导管：由非导磁的高阻材料制成 电极：由非导磁的不锈钢材料制成电极：由非导磁的不锈钢材料制成 铂、黄金铂、黄金 变送器的磁场：直流磁场、交变磁场、变送器的磁场：直流磁场、交变磁场、矩形波矩形波(3-35)代入上式得代入上式得KQDBQKEx /44/2 vDQ 2.特点：特点：1）阻力小）阻力小,几乎不受介质密度、压力等参数的影响。几乎不受介质密度、压力等参数的影响。 2）可测含有固体、纤维、泥浆等液体。）可测含有固体、纤维、泥浆等液体。 3）可测脉动流量）可测脉动流量,反应迅速。反应迅速。 4）输出电流）输出电流I0与流量与流量Q是线性。是线性。 5）量程比大）量程比大,可达可达

30、100:1(口径从口径从1mm1000mm以上以上)。 6）使用介质温度为）使用介质温度为0200,工作压力为工作压力为06.4MPa。 7）成本高。）成本高。8）良好的接地（单独接地），以减少干扰。）良好的接地（单独接地），以减少干扰。体积流量体积流量Q与流速与流速v的关系为：的关系为：(3-36)(3-37)9）电磁流量计只能用来测量导电液体的流量，其导电）电磁流量计只能用来测量导电液体的流量，其导电率要求不小于水的导电率。率要求不小于水的导电率。 3.3.安装安装 1）流体必须充满管道）流体必须充满管道,可以垂直按装可以垂直按装(流体自下往上流体自下往上流过流过)。2）如安装在水平管道）如安装在水平管道,应装在应装在U型管上。型管上。4）停用仪表时）停用仪表时(调零调零)一定先关出口阀一定先关出口阀,再关入口阀。再关入口阀。 3）仪表安装旁路阀。）仪表安装旁路阀。安装在垂直管道上安装在垂直管道上按装在在水平管道上按装在在水平管道上旁路阀旁路阀旁路阀旁路阀