第三章流 量 检 测

1、第三章 流 量 检 测流 量 一般所讲的流量大小是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。 而在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值，称为总量。 流量和总量，可以用质量表示，也可以用体积表示。单位时间内流过的流体以质量表示的称为质量流量，常用符号M表示，以体积表示的称为体积流量，常用符号Q表示。若流体的密度是，则体积流量与质量流量之间的关系是M=Q或Q=M/ 累积体积流量dtqVtv0dtqmtm0累积质量流量 测量流体流量的仪表一般叫流量计；测量流体总量的仪表常称为计量表。 常用的流量单位有吨每小时(th)、千克每小时(kgh)、千克每秒(

2、kgs)、立方米每小时(m3h)、升每小时(Lh)、升每分(Lmin)等。 测量流量的方法很多，其测量原理和所应用的仪表结构形式各不相同。目前有许多流量检测的分类方法，我们仅举一种大致的分类法，简介如下: 1速度式流量仪表 2容积式流量计 3质量式流量计这是一种以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。例如差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰式流量计等。 这是一种以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。例如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。以测量流过的质量M为依据的流量计，例如惯性力式质量流量计、补偿式质量流量计等。它具有被测流量的数值不

3、受流体的温度、压力、黏度等变化的影响，是一种在发展中的流量测量仪表。 第一节第一节 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：从几毫米到几米；流动条件流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、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 一、节流现象与流量基本方程式 节流现象节流现象 具有一定能量的流体，才可能在管道中形成流动状态。流动流体的能量有两种形式，即静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，

4、又由于流体有流动速度而具有动能。这两种形式的能量在一定条件下可以互相转化。但是，根据能量守恒定律，流体所具有的静压能和动能，再加上克服流动阻力的能量损失，在没有外加能量的情况下，其总和是不变的。 伯努利方程 流量基本方程式 连续性方程 伯努利方程 流量基本方程式 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 /20pQ 质量流量 p20式中 流量系数 流束膨胀系数 A0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标准节流装置 最常用的节流装置孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称

5、为“标准节流装置”。采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化实验数据资料。需要时可查阅有关的手册或资料。 标准节流元件 标准孔板标准孔板结构简单，安装方便，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，压力损失比孔板小节流装置 1节流装置的选用 2节流装置的安装使用压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片） 4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁） 13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢

6、18电源 19负载 20调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构 三、力矩平衡式差压变送器三、力矩平衡式差压变送器 四、差压式流量计的测量误差 造成测量误差的原因 1被测流体工作状态的变动 2节流装置安装不正确 3孔板入口边缘的磨损 4导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏等现象 5差压计安装或使用不正确 转子流量计转子流量计 变面积式测量方法示意图 检测原理检测原理锥形管锥形管-由下往上逐渐扩大管由下往上逐渐扩大管转子转子-阻力件阻力件 组成组成当流体自下而上流经当流体自下而上流经锥形管与转子之间的锥形管与转子之间的环形流通面积时，由环形流通面积时，由于受到流体的冲击，于受到流体的冲击，

7、转子便要向上运动。转子便要向上运动。 流量基本方程式流量基本方程式设：设：V转子的体积； 10。转子材料的密度； pf被测流体的密度； p1、p2转子前、后流体作用在转子上的静压力； A转子的最大横截面积； g重力加速度。 当转子处于平衡时，则有当转子处于平衡时，则有 AppgVft)()(21 设设:A:A0 0为环隙流通面积，为环隙流通面积， 则转子流量计的体积流量为则转子流量计的体积流量为 AgVhQfftz)(2 fphQ/2fph2 转子流量计指示值修正转子流量计指示值修正仪表出厂前标度：20，0.10133MP 液体-水 气体-空气液体流量的修正QsyzyszYNkQQ)()(气体

8、流量的修正 01010101QTPTPQ修改量程 zzzAgVkhQ)(2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？hmQQsyzyszNy/08.3111. 128831. 0) 192. 7(1)831. 092. 7283（）（）（苯例已知：s=1 kg/L，y=0.831 kg/L，z=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。电远传式转子流量计 流量变送部分LZD系列电远传式转子流量计是用差动

9、变压器进行流量变送的。差动变压器的结构与原理。它由铁心、线圈以及骨架组成。 当铁心处在差动变压器两段线圈的中间位置时，初级激磁线圈激励的磁力线穿过上、下两个次级线圈的数目相同，因而每个匝数相等的次级线圈中产生的感应电势e1、e2相等。由两个次级线圈系反相串联，所以e1、e2相互抵消，从而输出端4、6之间的总电势为零。 总电势称为不平衡电势，它的大小和相位由铁心相对于线圈中心移动的距离和方向来决定。电动显示部分 LZD系列电远传转子流量计的原理漩涡流量计 漩涡流量计又称涡街流量计。它可以用来测量各种管道中的液体、气体、蒸汽的流量，是目前工业控制、能源计量及节能管理中常用的新型流量仪表。 漩涡流量

10、计的特点是精确度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。卡门涡列 当雷诺数达到一定的数值时，会在柱状物的下游处产生如图所示的两列不对称但有规律的交替漩涡，像这样的漩涡涡列就是卡门涡列。 该漩涡涡列通常是不稳定的。当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离L之比能满足hL=0281时，所产生的非对称漩涡列才能达到稳定。 漩涡频率的检测方法有热学法、电容法和差压法等 铂丝阻值的变化频率漩涡频率流体进入空腔频率铂丝温度变化频率第四节 质量流量计 质量流量计则是直接测量单位时间内所流过的介质的质量，即质量流量M 质量流量计大致可分为两大类。一类是直接式质量流量

11、计，它能够直接得到与质量流量成比例的信号，也就是说检测元件能够直接反映出质量流量的大小；另一类是补偿式或推导式质量流量计，它是同时检测出体积流量和流体的密度，然后通过运算器得出与质量流量成比例的输出信号。 质量流量的测量方法质量流量的测量方法（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； q

12、v2检测元件和qv检测元件的组合。直接式质量流量计 差压式质量流量计 质量流量计主要由孔板和定流量泵组成 Pl - P3= 4KqM 由上式可知，当K、q为常数时，只要测出孔板A、B前后的压差(Pl-P3)，就可以确定流过主管道的质量流量M。由于输出信号为压差(PlPa)，与M成比例，且与流体密度无关，故称直接式质量流量计。补偿式质量流量计 补偿式质量流量计是在分别测量两个相应参数的基础上，再通过一定形式的数学运算而间接地推导出质量流量，下面介绍补偿式质量流量计的基本构成原理。 1流速一密度补偿法 M=Av 2压差一密度法 M=Apv=pQp=KQ23.压差-流速补偿法2QMQQ21QMAQQ

13、vA第五节 其他流量计 1. 靶式流量计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 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)。 腰轮流量计腰轮流量计 涡轮流量计涡轮流量计 当流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮旋转。流体的流速越高，动能就越大，叶轮转速也就越高。在规定的流量范围和一定的流体黏度下，转速与流速成线性关系。 四、电磁流量计四、电磁流量计 电磁流量计通常由变送器和转换器两部分组成。被测介质的流量经变送器变换成感应电势后，再经转换器把电势信号转换成统一的010mA或420mA直流信号作为输出，以便进行指示、记录或与电动单元组合仪表配套使用。 电磁流量计变送部分的原理图如图321所示。在一段用非导磁材料制成的管道外面，安装有一