热能与动力工程测试技术- 流量测量

1、第八章 流量测量大型化工企业中，流量是控制工艺过程和保证产品质量的关键因素。第一节 流量及其测量仪表 流体与流量流量分瞬时流量和累积流量平均流量：累积流量除以相应的时间间隔质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用qm表示，单位为kg/s。体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用qV表示，单位为m3/s。应注意相应的状态温度、压力 流量计类型 容积型流量计单位时间内流体充满或排出某定容容器的次数。优点：(1) 计量精度高; (2) 安装管道条件对计量精度没有影响; (3) 可用于高粘度、低雷诺数液体的测量; (4) 范围度宽 缺点：(1)结构复杂,体积庞大; (2)不适用于高温、高压场合; (3

2、)大局部仪表只适用于洁净单相流体; (4)产生噪声及振动。容积式流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计刮板流量计伺服流量计皮膜流量计液体测量气体测量 粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，对测量愈有利。 椭圆齿轮流量计 每转一周，四个相同月牙形腔测量室被形成、被封闭、被传送、被卸出。两个齿轮共送出4个标准容积的流体。 腰轮上没有齿，它们是通过按装在体外的传动齿轮组进行传动. 腰轮流量计罗茨流量计 刮板式流量计 转子旋转一周，排出4份固定体积的流体，由转子的转数就可以求得被测流体的流量 伺服式容积流量计 流量计进出口压差小，使泄漏量减小到最低限度。可以实现小流量的高精度测量，而且测量

3、误差几乎不受流体压力、粘度和密度的影响。 速度型流量计 利用体积流量等于平均流速乘以管道横截面积。优点：可用于高温高压流体的测量，精度较高 类型：节流式流量计、转子流量计、涡轮流量计电磁流量计和超声波流量计。缺点：测量结构受流动条件影响大。 质量型流量计分直接型、推导型和温度压力补偿型 直接型质量流量计直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。类型：量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯式、科里奥利式质量流量计如右图所示，当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这个力就是科里奥利力。根据牛顿

4、力学的理论，以旋转体系为参照系，这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用，这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的表达。 科里奥利力或又简称为科氏力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。 推导型质量流量计采用体积流量计和密度计组合，实现质量流量的测量。 由于密度计受湿度、压力范围的限制，该类型流量计应用较少。体积流量流体温度流体压力密度质量流量温度补偿型质量流量计目前工业上普遍应用的一种测量方法 流量计的选用原那么被测流体的性质； 流体的物态及其特性。用途；

5、 测量精度、工艺要求 。工况条件； 流体的流量、温度和压力范围。 一般液体流量计以20水进行刻度、气体在常压和20下进行刻度。 其他； 安装条件、永久压损造成的费用。第二节 节流式差压式流量计 测量原理与流量方程流量系数流体膨胀校正系数对不可压流体主要由节流装置和差压计组成。 节流装置常用节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管等。这几种装置都已标准化 角接取压、法兰取压、径距取压、理论取压、管接取压。目前广泛采用角接取压法，其次是法兰取压法。 取压方式：上游为2.5D，下游为8D 径距取压:理论取压上游为D，下游为0.5D 上游为D，下游取压孔中心至孔板前端面的间距取决孔板孔径与管道内径比值d/D 管

6、接取压各取压法特点1 管接取压法损失取压法：是一种古老的取压方式，是希客斯坦在1913年发布的。上游取压口位置距孔板上游端面2.5D，下游取压口位置距孔板下游端面8D。在下游取压点是在流体经过孔板后，流体的流束已经完全充满管道，所以上、下游形成的差压比较小，另外在下游的8D之内管壁粗糙度直接影响差压值。此种取压法除了少数的天然气测量流量还保存外，根本不再使用。a-a 角接取压 b-b 法兰取压 c-c 径距取压 d-d 理论取压 e-e 管接取压2理论取压法缩流取压法：为了克服管接取压法产生差压小的缺点，将下游取压点改为流体经过孔板后流束收缩最小的位置，此处产生的差压最大。但是流束收缩最小的位

7、置是与直径比与有关的函数，所以这种取压法的下游取压点是不固定的，应用起来很不方便，此方法只能作为理论分析用，没有实际应用。3径距取压法：此方法是针对管接取压法产生差压小的缺点改进而来，将下游取压点的位置固定。在直径比小于0.735时，径距法与理论法的数据很接近。在结构上，没有复杂的加工件，现场安装使用很方便，在欧美国家应用广泛。4角接取压法：采用环室结构，利用环室的均压作用提高测量精度。环室的结构复杂，加工费时、费料、本钱高，环室的取压孔容易堵塞，不易疏通。5法兰取压法：一般都在法兰上取压，结构上比角接和环室要简单，只是需要专用的孔板法兰，不能用普通法兰代替。GB/T262493把径距取压法、

8、角接取压法和法兰取压法作为标准节流装置的取压方法。 标准节流装置及使用条件 标准节流装置是通过大量实验总结、一经加工便可直接投产使用，无需进行实际标定。 流体条件流体在圆管内流动、流体充满管道且连续流动；流体是单相的，且经节流装置时无相变；流速稳定，无旋涡，定常流动;流体为牛顿流体。 管道条件节流元件前后应由一段足够长的直管段；直管段截面必须为圆形。 安装要求节流元件前端面应与管道轴线垂直；节流元件开孔应与管道同心；节流元件受热时能自由膨胀；阀门最好安装在节流元件后最小直管段长度以外。 标准节流装置测量结果的修正 流量系数 当管壁粗糙度超出许可范围、开孔出现磨损、实际雷诺数小于临界雷诺数时，需

9、进行修正： 流体膨胀校正系数在测量可压缩流体时需要考虑 开孔尺寸因温度变化的修正 被测流体密度变化 综合修正系数 转子(浮子)流量计结构：锥形管浮子流量系数转子体积转子稳定处环形通道面积(1)转子式流量计测量原理转子受向上的浮力、向下的重力两力相等流量转子环隙面积向上的力流速向上的力两力相等转子静止在新位置转子静止在某位置测量范围：每小时几升几百立方米 每小时几升几千立方米注意：转子流量计应垂直安装； 转子对玷污敏感，不宜测量易使转子玷污的介质，应定期清洗。 结构简单； 使用维护方便； 测量范围宽； 工作可靠且线性刻度； 适用性广。特点：第三节 涡轮流量计 在一定范围内，涡轮的转速与流体的平均

10、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。 原理测得的体积流量： 涡轮流量计根本特性线性特性：峰值 减轻叶轮质量，减少涡轮转动局部的摩擦阻力矩压力损失特性：随着体积流量增加，压力损失显著增加 影响涡轮流量计测量结果的主要因素 流体粘度标定液体：常温下的水 液体粘度为110-6m2/s左右时，不需单独标定 液体粘度在110-61510-6m2/s时，测量精度能满足工业测量要求。 液体粘度大于1510-6m2/s时，应重新标定。 流体密度 被测流体的密度值受状态参数的影响而发生明显变化时，应在测量回路中参加密度补偿器。 流体压力和温度压力变化对涡轮

11、变送器结构尺寸的修正系数温度变化对涡轮变送器结构尺寸的修正系数压力变化对流体体积的修正系数温度变化对流体体积的修正系数温度、压力同时变化时，流量的修正系数 流动状态上游直管段为20D，下游为5D缺点:制造困难，本钱高；难以长期保持校准特性，需要定期校验。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，还用作标准仪表。优点：1精确高，在所有流量计中，最精确。2重复性好，短期重复性可达0.05-0.2；3输出脉冲频率信号，抗干扰能力强。4测量范围度宽，中大口径可达40:1-10:1。5结构紧凑轻巧，适用高压测量。第四节 光纤流量计可在小位移范围内进行高速位移测量 膜片材料一般采用钢,铜

12、，厚度为0.050.2。 膜片内侧镀铜或银，以增强反射。 Y型光导：是一种光纤位移传感器。根据输入输出光强的相对变化测量膜片的位移。 由Y形光纤测得位移差，从而得到压差，利用公式计算流量。 光纤差压式流量计 光纤膜片式流量计 光纤卡门涡街流量计 涡旋的频率面积比流速流量抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、平安 重量轻、体积小、可挠曲 对被测介质影响小，有利于在生物、医药卫生等具有复杂环境的领域中应用。 灵敏度较高 可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀或其它的恶劣环境 特点：第五节 超声波流量计优点：非接触测量，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液体，也能测量气体的流量；适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量；输出与流量之间呈线性等优点。缺点：只能用于测量200以下的流体；结构复杂，本钱较高。 根本原理 流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。F1到J2超声波传播速度为：F2到J1超声波传播速度为：得到： 时间差法超声波流量计 测量顺、逆流传播时由于超声波