仪表和检测系统流量

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仪表和检测系统

流量检测与变送

1．概述

工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示，其单位分别用m3/h，L/h和Kg/h等。

流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表，煤气表等。工业上常用的流量仪表可分为两大类：

1．1速度式流量计，以测量流体在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计，变面积流量计，电磁流量计，旋涡流量计，冲量式流量计，激光流量计，堰式流量计和叶轮番量计等。

1．2容积式流量计它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据。

2．差压流量计

节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，还是目前炼油，化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。

目前工业生产中应用有各种各样的节流装置，如图。

上图所示的节流装置中，应用最多的是孔板，喷嘴，文丘里管和文丘里喷嘴。这4种节流元件历史悠久，试验数据完整，产品已标准化，所以称它们为“标准节流装置〞。其他形式的节流元件，如双重孔板，圆缺孔板等，由于形状特别，研究尚不深透，缺乏足够的试验数据，所以尚未标准化，故称它们为特别节流装置。这类特别装置设计制造后，必需先进行标定，然后才能使用。

节流元件具有结构简单，便于加工制造，工作可靠，适应性强，使用寿命长等优点。

2．1测量原理

在管道中滚动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换，但参与转换的能量总和是不变的。应用节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。

根据能量守恒定律及流体连续性原理，节流装置的流量公式可以写成：

体积流量

Q???F002?p/2?p?11

质量流量M???F?

式中M质量流量，Kg/s；Q体积流量，m3/s；α流量系数

ε流束膨胀系数；

F0节流装置开孔截面积，m2；

流体流经节流元件前的密度。Kg/m3；

?1Δp节流元件前后压力差，即Δp=P1-P2，Pa。

我国自1993年8月1日起采用GB/T2624-93标准，代替GB2624-81标准。本标准适用于角接取压，法兰取压，D和D/2取压的孔板，喷嘴和文丘里管的节流装置；同时也只适用于管道公称通径为50mm—1200mm的流量测量和管道雷诺数大于3150的场合。

2．2节流装置的取压方式

节流装置的取压方式，就孔板而言有5种，就喷嘴而言只有角接取压和径距取压两种。

1．角接取压上，下游侧取压孔轴心线与孔板（喷嘴）前后端面的检举各等于取压直径的一半，或等于取压环隙宽度的一半，因而取压孔穿透处与孔板端面正好相平。角接取压包括环室取压和单独钻孔取压。

2．法兰取压上，下游侧取压孔中心至孔板前后端面的间距均为（25。

4±0。8mm）。

3．径距取压上游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）前端面的距离为1D，下游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）后端面的距离为1D/2。

4．理论取压法上游侧的取压孔中心至孔板前端面的距离为1D±0。

1D；下游侧的取压孔中心线至孔板后端面的间距随β=d/D的值大小而异。

5．管接取压上游侧取压孔的中心线距孔板前端面为2。5D，下游

侧取压孔中心线距孔板后端面为8D。2．3标准孔板

标准孔板的基本结构如下图。

标准孔板各部分的加工要求如下：孔板前端面A不允许有明显的划痕，

其加工表面的粗糙度要求：50mm≤D≤500mm时，为R3。2μm；500mm≤D≤750mm时，为R6。3μm；750mm≤D≤1000mm时，为R12。5μm。孔板的后端面B应与A平行，其表面粗糙度可适当降低。上游侧入口边缘G和圆筒形下游侧出口边缘I应无刀痕和毛刺，入口边缘G要求十分尖锐。

标准孔板各部分的尺寸要求如下：孔板开孔圆筒形的长度e要求是0。

005D≤e≤0。02D，表面粗糙度不能低于R1。6μm，其出口边缘无毛刺。孔板的厚度E应为e≤E≤0。05D，当管道直径为50—100mm之间时，允许E=3mm。随着管道直径D的增加，E也要适当加厚。当E＞e时，其斜面倾角F应为30°≤F≤45°，表面粗糙度为R3。2μm，孔板的不平度在1%以内。孔板开孔直径d的加工要求十分确切，当β≤0。67时，d的公差为±0。001d；当β≥0。67时，d±0。005d。

2．3．1角接取压标准孔板

角接取压的标准孔板有两种取压方式，一种为环室取压方

式，另一种为单独钻孔方式，如图。

图的上半部分为环室取压，P1由前环室取出，P2由后环室取出，前环室宽度c≤0。2D，后环室宽度c1≤0。5D，环室壁厚f≤2a（a为环型缝隙的宽度），环腔横截面积gh至少为50mm2，g，h均不得小于6mm。取压孔应是圆形的直径为4mm≤Φ≤10mm。

图的下半部分为单独钻孔取压方式示意图。孔板上游侧的静压力P1由前夹紧环取出，P2由后夹紧环取出。取压孔应为圆筒形，与孔板前后端面的夹角应小于或等于3°。β≤0。65，0。005D≤Φ≤0。03Dβ＞0。65，0。01D≤Φ≤0。02D

2．3．2法兰取压标准孔板

图为标准孔板使用法兰取压的安装图。从图中知法兰取压孔在法兰盘上，上下游取压孔的中心线距孔板的两个端面的距离均为（25。4±0。8mm），并垂直于管道的轴线。取压孔直径d≤0。08D，最好取d为6—12mm之间。

法兰取压标准孔板可适用于管径D=50—750mm和直径比β=0。1—0。75的范围内。

3．智能式旋涡流量计

旋涡流量计是由旋涡发生体和频率检测器构成的变送器，信号转换器

等环节组成。输出4—20mADC信号或脉冲电压信号，可检测Re在5×103--7×106范围的液体，气体蒸汽流体流量。

3．1检测原理

在滚动的流体中，若垂直滚动方向放置一个圆柱体，如图。

在某一雷诺系数范围内，将在圆柱体的后面的两侧交替产生有规律的旋涡，称为卡曼旋涡。旋涡的旋转方向向内，上面一列顺时针旋转，下面一列逆时针旋转。

大量试验证明，单侧旋涡产生的频率f与流速v和直径D之间有如下的关系：

f?Sr?vd

式中Sr斯特劳哈尔数。由于Sr是雷诺数的函数，所以

qv?A0v?0A0?dSr?f??ff

式中

A流通截面积