流量测量仪表培训课件

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流量测量仪表培训

2主要内容介绍一、基本概念与分类

二、测量原理

三、案例分析流体的流量是指流体在单位时间流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量后者称质量流量(kg/s)。如果在截面上流体的速度分布是均匀的，则体积流量的表达式为1.体积流量和质量流量

一、基本概念与分类流量是工业生产过程操作与管理的重要依据。在具有流动介质的工艺过程中，物料通过工艺管道在设备之间来往输送和配比，生产过程中的物料平衡和能量平衡等都与流量有着密切的关系。因此通过对生产过程中各种物料的流量测量，可以进行整个生产过程的物料和能量衡算，实时最优控制。

1.1、基本概念

一、基本概念与分类流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上dA速度是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为

以上定义的体积流量和质量流量又称瞬时流量。在某段时间内流体通过的体积总量和质量总量称为累积流量或流体总量。即

用来测量流量的仪表统称为流量计。测量流量总量的仪表称为流体计量表或总量计。

2.层流与紊流

流体在管道中的流动形式可分为层流和紊流两种。层流(laminarflow)是指流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。紊流(turbulentflow)是指流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。管内流体流动时存在着两种状态：层流状态和紊流状态。在不同的流动状态下，流体有不同的流动特性。在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比，而且在层流与紊流两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同。这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重要的。在层流流动状态下，流速分布是以管轴为中心线的轴对称抛物线分布。在紊流流动状态下，管内流速同样是以管中心线轴对称的分布，但是其分布呈指数曲线形式。

3.雷诺数

雷诺数是表征流体流动时惯性力与黏性力之比。利用细管直径d，可求出雷诺数Rd，即

1.2、流量测量仪表的分类

按不同的测量方法流量仪表可分为容积式流量仪表、速度式（流速式）流量仪表、差压式流量仪表、质量流量仪表四类。测量流体流量的仪表一般叫流量计。1.容积式流量计容积式流量计采用机械测量元件将流体分割成等容积流体元，然后进行逐个累加，最后形成测量结果输出。这种测量方法受流动状态形响较小，因而适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。但不宜于测量高温高压以及脏污介质的流量，其流量测量上限较小。典型仪表有椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计等。一、基本概念与分类

2.质量式流量计质量式流量计以测量流体流过的质量为依据的流量计。3.速度式流量计速度式流量计是以测量封闭管道内或明渠中液体的平均流速求得流体总量的仪表，如涡轮流量计、涡街流量计、超声波流量计、电磁流量计等。4.差压式流量计差压式流量计是采用伯努力原理来测量流体总量的流量仪表，利用输出差压信号来表示流量的大小，如孔板流量计、阿纽巴流量计、文丘里、均速管流量计、弯管流量计、喷嘴等。一、基本概念与分类9限流孔板转子流量计文丘里管科氏力质量流量计(控制级)内藏孔板流量计涡街流量计阿纽巴流量计超声波流量计电磁流量计科氏力质量流量计(计量级)科氏力质量流量计(VA阻聚剂)热质量流量计52台8台(5台远传+3台就地)1台33台9台27台3台6台4台11台13台1台克罗尼温州达安E+H恩德斯豪斯艾默生威力巴弗莱克森科隆艾默生E+HTA一、基本概念与分类1.3、EVA装置流量测量仪表使用情况（不含包设备）

（一）转子流量计二、测量原理转子流量计又名浮子流量计或面积流量计。特点：结构简单，维护方便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小且恒定，测量范围比较宽，工作可靠且线性刻度，可测气体、蒸汽和液体的流量，适用性广。浮子流量计主要由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成。当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升，浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相

应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应的关系。二、测量原理只要保持流量系数不变，则流量与转子所处的高度h成线性关系，测

得h的大小就可以测量流量。可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上。显然，对于不同的流体，由于密度发生变化，qv与h之间的对应关系也将发生变化，原来的流量刻度将不再适用。所以原则上，转子流量计应该用实际介质进行标定。

配有电远传装置的转子流量计，可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，传送到其他仪表进行指示、记录和控制。2.51为电传式转子流量计的工作原理图。当流体流量变化时使转子转动，磁钢1和2通过带动杠杆3及连杆机构6、7、8使指针10在标尺9上就地指示流量。与此同时，差动变压器检测出转子的位移，产生差动电势通过放大和转换后输出电信号，通过显示仪表显示和

通过控制仪表进行调节。

金属管转子流量计玻璃管转子流量计克罗尼（科隆）金属转子流量计8台(5台远传+3台就地)选配附加部件可实现远传功能。1、限位开关可安装1-2个限位开关，MIN或MAX2、电信号输出ESK-2A两线制输出与瞬时流量成正比的4-20mA信号，支持HART通讯。3、流量累计器ESK-Z与ESK-2A一起安装在M9指示器内。6位LED可显示累计流量值，也可以转换成流量显示的百分数。安装要求：常见故障：一、转子流量计测量误差大：1、长期使用及管道震动等多因素引起浮子流量计活动部件松动，造成误差较大。解决方法：可先用手推指针的方式来验证。首先将指针按在RP位置，看输出是否为4mA，流量显示是否为0%，再依次按照刻度进行验证。若发现不符，可对部件进行位置调整。一般要求专业人员调整，否则会造成位置丢失，需返回厂家进行校正。2、安装不符合要求：对于垂直安装转子流量计要保持垂直，倾角不大于20度;转子流量计周围不得有铁磁性物体。安装位置要远离阀门变径口、泵出口、工艺管线转弯口等。直管段的要求等。二、转子流量计指针抖动一般由于介质波动引起。可采用增加阻尼的方式来克服。三、转子流量计指针停到某一位置不动：主要原因是转子流量计的转子卡死。（二）、质量流量计

1.热式质量流量计选型应符合：适用于低密度、单组分或固定比例混合、洁净的气体测量；不适用于多相流体及双向流体的测量；需要较大的直管段长度；热式质量流量计的基本原理是利用外部热源对管道内的被测流体加热，热能随流体一起流动，通过测量因流体流动而造成的热量（温度）变化来反映出流体的质量流量。如图4所示，在管道中安装一个加热器对流体加热，并在加热器前后的对称点上检测温度。设cp为流体的定压比热，∆T为测得的两点温度差，则根据传热规律，对流体的加热功率P与两点间温差的关系可表示为：由上式可写出质量流量的方程式：

当流体成分确定时，流体的定压比热cp为已知常数。因此由上式可知，若保持加热功率P恒定，则测出温差∆T便可求出质量流量；若采用恒定温差法，即保持两点温差∆T不变，则通过测量加热的功率P也可以求出质量流量。由于恒定温差法较为简单、易实现，所以实际应用较多。这种流量计多用于较大气体流量的测量。为避免测温和加热元件因与被测流体直接接触而被流体玷污和腐蚀，可采用非接触式测量方法，即将加热器和测温元件安装在薄壁管外部，而流体由薄壁管内部通过。非接触式测量方法，适用于小口径管道的微小流量测量。当用于大流量测量时，可采用分流的方法，即仅测量分流部分流量，再求得总流量，以扩大量程范围。EVA热式质量流量计1套由TA厂家成套提供FT-12083介质：Air测量范围：0-0.3kg/h4-20mAwithHART精度：±1%FS带LCD位于TA注入板FT与FV之间的距离最大为2M常见故障及处理方法：1、故障：流量计工作不稳定；处理方法：保证流量计前压力稳定，投运方法正确，突然的流量涌动会造成器件损坏，慢开且流量要稳。2、故障：流量计堵塞；处理方法：流量计前的过滤器及流量计需要定期清理，保证钢瓶流通空气洁净。3、故障：流量计测量值大幅波动；处理方法：保证流量计周围温度恒定，不能有大的波动。投用前检查：日常维护检查：2.科里奥利质量流量计选型原则：宜用于液体、高密度气体、浆料及多相流体的贸易计量或高精度计量，可同时输出质量流量、密度及温度值；可测双向流体和微小流量；可选用计量级和控制级；在测量易结晶、冷凝、凝固的流体时，宜选用带蒸汽夹套伴热的科里奥利流量计；最大压损应符合工艺允许最大压降；一般不需要温压及密度补偿，也不需要直管段。科里奥利质量流量计（简称科氏力流量计）是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表。科氏力流量计结构有多种形式，一般由振动管与转换器组成。主要敏感元件是振动管。

科氏力流量计能直接测得气体、液体和浆液的质量流量，也可以用于多相流测量，且不受被测介质物理参数的影响。测量精度较高，量程比可达l00：1。科里奥利流量计基于运动力学原理运作。当过程流体进入传感器时，流体将分离。在测量过程中，驱动线圈会激励管道以其固有共振频率相向振动。管道振动时，每个传感器上产生的电压会形成一个正弦波。这可表示一个管相对于另一个管的运动。两个正弦波之间的时间滞后称为Delta-T，该数值与质量流量成正比。部分科里奥利流量计适用的常见应用包括：•低至高流量应用•贸易交接计量•具有挑战性的液体、气体和浆液应用

图九为科里奥利质量流量计的外观图。

图九科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计的优缺点：优点：①直接测量真正质量流量，测量准确度高。②可测量液体范围广，包括高粘度的各种液体，含有固形物的浆液，含有少量均匀分布气体的液体，有足够密度的气体(压力较高的气体)。③测量管的振幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件或活动件。④对迎流流速分布不敏感，因而无上下流直管段要求。⑤测量值对流体粘度不敏感，流体密度对流量值的影响极微。⑥可作多参数测量，如同期测量密度。缺点①大部分型号的科里奥利质量流量计不能用于测量低密度介质，如低压气体，液体中含气量超过某一界限会显著影响测量值。②对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号的科里奥利质量流量传感器安装要求较高。③压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号的科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100%。④大部分型号的科里奥利质量流量计的重量和体积较大。EVA装置质量流量计：（艾默生）计量级11台、（E+H）控制级33台、（E+H）VA阻聚剂13台艾默生对于一体式质量流量计，传感器/变送器

连接已经内部连接，故仅需要2组电缆，

即电源与信号输出电缆

显示器由一个液晶显示器（可背光），用以显示过程变量；一个流量计工作

状态LED指示灯，用以指示流量计的工作状态；两个光敏按键<Scroll>和<Select>以及一个用于按键响应指示的LED灯，通过这两个光敏按键可以完成基本的仪表组态及获取报警。F系列传感器和一体安装的2700变送器

安装要求

1、与管道同一轴线，且无应力地装在管道系统，密封垫片不应突入管内，并避免与毗邻管道和安装构架发生共振；

2、应做支撑，不能用传感器来支撑管道；

3、应尽量设置旁路；要保证被测介质能够完全充满传感器。

4、传感器应安装在阀的上游；

5、安装地点不能有大的磁场干扰源；

6、安装方向问题、直管段问题；（没有直管段要求）

7、为了防止受潮，各接线盒完全密封；

8、为了避免可能电子干扰，传感器电缆、电源、输出电缆必须分开。

传感器推荐安装方向

常见故障E+H质量流量计视频原理：电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“右手规则”。电磁流量计由流量传感器和转换器两大部分组成。测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。（三）速度式流量计1.电磁流量计管道由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比例的电位差。感应电动势的大小为

特点：1、由于电磁流量计的测量导管内无可动部件或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小，传感器寿命极长。

2、流量计的输出电流与体积流量成线性关系，且不受液体温度、压力、密度、黏度等参数的影响，因此测量精度高。3、双向测量系统，可测正向流量、反向流量。4、此流量计无机械惯性，反应灵敏，而且线性较好，可以直接进行等分刻度。5、传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。因此电磁流量计可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液。

为了进一步提高电磁流量计测量精度，在安装时应注意：

(1)它可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道；

(2)电磁流量计对直管段要求不高，前直管段长度10D，后直管段长度5D以上；

(3)安装地点应避免强烈振动，并远离磁场；如果振动剧烈注意支撑管道和传感器。

(4)变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后1m～1.5m处和变送器外壳连接在一起，共同接地。

6、电磁流量计只能测量导电液体，因此对于气体、蒸汽以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量。由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质。7、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。EVA共四台管道式电磁流量计（科隆）测量介质均为：water管道尺寸均为：4”精度要求：±0.5%F.S.4-20mA+HART(四线制)

传感器本体材质：CS内衬材质：PTFE聚四氟乙烯信号转换器传感器

安装注意事项：管道法兰面的最大允许偏差：Lmax-Lmin≤0.5mm/0.02"

T型管连接：T型管后间距≥10DN

避免振动避免磁场弯管中安装

弯管中安装在开放式排放管前面安装

向下管道

当向下管道长度超过5m时在传感器后安装一个虹吸管或一个放气阀以避免低压而可能造成的对测量管衬里的破坏保证满管减少含气量

a=排气阀b=虹吸管

442.涡街流量计涡街流量计的工作原理在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，旋涡列旋涡发生体下游非对称地排列。两侧漩涡分离的频率与流速成正比。根据卡曼涡街原理，有如下关系式：式中：

m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比；D为表体通径；

d为旋涡发生体迎面宽度；

f为旋涡的发生频率；

U1为旋涡发生体两侧平均流速；

Sr为斯特劳哈尔数；

U为被测介质流的平均速度。管道内体积流量qv为：当测量气体流量时，涡街流量计的流量计算式为：式中：

qvn、qV分别为标准状态下(20℃，101.325kPa)和工况下的体积流量；

Pn、P分别为标准状态下和工况下的绝对压力；

Tn、T分别为标准状态下和工况下的热力学温度；

Zn、Z分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。涡街流量计的组成涡街流量计涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器包括旋涡发生体(阻流体)、检测元件、仪表表体等;转换器包括前置放大器、滤波整形电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通信及其他功能模块装在转换器内。涡街流量计具有以下一些特点①输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际体积流量成正比，不受流体组分、密度、压力、温度的影响;②测量范围宽，一般范围度可达10：1以上;③准确度为中上水平;④无可动部件，可靠性高;⑤结构简单牢固，安装方便，维护费较低;⑥应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸汽。EVA装置涡街流量计26台（艾默生）8800D系列安装注意事项：

涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地井里，为防止被水淹没，应选用潜水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，要注意安装位置。涡街流量计必须保证上、下游直管段有必要的长度。

在上图中，a为一个90°弯头，b为同心扩管，c为同心收缩全开阀门，d为不同平面两个90°弯头，e为调节阀半开阀门，f为同一平面两个90°弯头。涡街流量计安装时，上游直管段的最小长度应为十倍管径(D)，下游直管段的最小长度应为五倍管径(D)。

传感器应安装在水平、垂直、倾斜(液体流向自下而上)的与其通径相同的管道上。传感器应避免安装在有较强电磁场干扰、机械振动、空间小和维修不方便的场合。专用法兰与直管段焊接时不能带着传感器焊接。安装时应使传感器的流向标志与管道内流体流向一致。传感器安装前，法兰凹槽内必须放好密封圈。压力和温度测量点的位置，取压点在传感器下游3～5DN处，测温点在下游5～8DN处。测量高温介质时，切勿用隔热材料把传感器连接杆周围包起来。连接传感器的屏蔽电缆走向，应尽可能远离强电磁场的干扰场合。绝对不允许与高压电缆一起敷设，屏蔽电缆要尽量缩短，并且不得盘卷，以减少分布电感，最大长度不应超过200米。安装传感器前，管道必须进行清洗。冲掉管内的杂质，避免通流后堵塞传感器。测量液体的管道必须充满被测液体，防止气泡的干扰。

3.超声波流量计超声波流量测量的方法有很多，这里主要介绍传播速度差法的基本原理与流量方程。传播速度差法的基本原理是通过测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到被测流体的流速。在测量管道中，装两个超声波发射换能器F1和F2以及两个接收换能器J1和J2，F1J1和F2J2与管道轴线夹角为α，管道直径为D，流体

由左向右流动，速度为v，此时由F

1到J1超声波传播速度为

则流体的流速为

超声波流量计由超声波换能器、电子线路和测量显示仪表组成。电子线路包括发射电路、接受电路和控制测量电路，显示系统可显示瞬时流量和累积流量。在测量时，超声波换能器置于管道外，不与流体直接接触，不破坏流体的流场，没用压力损失，可用于测量腐蚀性、高黏度液体和非导电液体得流量，尤其是测量大口经管道得水流量或各种水渠、河流、海水的流速和流量，在医学上还用于测量血液流量等。EVA6台均为外夹式时差法的超声波流量计（弗莱克森）

安装注意事项：1、在测量新管道时，当遇到有油漆或渡锌管道的时候，可以用粗纱先处理管道表面，然后再用细纱继续处理，这样保证超声波流量计的流量传感器安装点光滑、平整，超声波流量计的流量探头可以良好的与所测量管道外壁接触。 2、当管道是竖直向上的走向时，如果管道内的流体是自下向上流的，可以测量，如果液体是自上而下的流，这个管道是不适合做流量数据采集的。 

3、除去安装段内保温层和保护层，并把换能器按装处的壁面打磨干净。避免局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。 

4、超声波流量计的传感器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝。 5、对于锈蚀严重的管道 ，可用手锤震击管壁，以震掉壁上的锈层，保证声波正常传播。但必须注意防止击出凹坑。 6、传感器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。

常见故障及处理方法：1、读数不稳定变化剧烈原因分析：安装超声波流量传感器的管道振动大或存在改变流态装置(如流量计安装在调节阀、泵、缩流孔的下流)。解决方法：将流量传感器改装在远离振动源的地方或移至改变流态装置的上游。2、读数不准确，误差大原因分析：（1）超声波流量计传感器装在水平管道的顶部和底部的沉淀物干扰超声波信号。解决方法：将传感器装在管道两侧。（2）超声波流量计传感器装在水流向下的管道上，管内未充满流体。解决方法：将传感器装在充满流体的管段上。3、流速偏低或没有流速（1）由于管道外的油漆、铁锈未清除干净。解决方法：重新清除管道，安装传感器。

（2）管道面凹凸不平或超声波流量计安装在焊接缝处。解决方法：将管道磨平或远离焊缝处。（四）差压式流量仪表1.孔板流量计

1.1结构组成

节流装置组成1)节流件：标准孔板；2)取压装置：环室、取压法兰、夹持环、导压管等；3)连接法兰(国家标准、各种标准及其它设计部门的法兰)、紧固件。4)测量管。

充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导求得流量。其基本公式如下：1.2工作原理α—流量系数，它与节流装置的结构、取压方式、孔口截面积与管道截面积之比m、雷诺数Re、孔口边缘锐度、管壁粗糙度等因素有关；ε—膨胀校正系数，它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数、孔口截面积与管道截面积之比等因素有关。应用时可查阅有关手册而得。但对不可压缩的液体来说，常取ε=1；F0—节流装置的开孔截面积；ΔΡ—节流装置前后实际测得的压力差；ρ—节流装置前的流体密度。流量与差压的平方根成正比

流量孔板2.标准节流装置（EVA装置52台限流孔板、1台文丘里）仪表里标准的三种节流元件：a:孔板b:喷嘴c:文丘里管

标准节流装置取压方法为两种，即角接取压法和法兰取压法。标准孔板两种方法均可采用。

（1）角接取压法，就是在孔板前后两端面与管壁的夹角处取压。角接取压法可以通过环室或单独钻孔结构来实现。环室主要考虑精度，有稳压效果。

环室结构单独钻孔结构1—管道法兰；2—环室；3—孔板；4—夹紧环

（2）法兰取压用于口径大时使用，就是在孔板上下游侧取压中心至孔板前后端面的间距均为25.4±0.8mm或叫做“1英寸法兰取压法”。

孔板最大的缺点是流体经过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，便不宜采用。标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50㎜，雷诺数在104～105以上的流体，而且流体应清洁，充满全部管道，不发生相变。此外，为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段。3.孔板流量计的测量误差①被测流体工作状态的变动；②节流装置安装不正确在安装节流装置时，特别要注意节流装置的安装方向。一般地说，节流装置露出部分所标注的“＋”号一侧，应当是液体的入口方向。当用孔板作为节流装置时，应使液体从孔板90°锐口的一侧流入；③孔板入口边缘的磨损；④导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象；

⑤差压计安装或使用不正确。■测量液体流量时的连接图导压管不能垂直安装时要有一定的倾角取压点水平且节流装置在下，须装贮气罐1—节流装置2—引压导管3—放空阀4—平衡阀5—差压变送器6—贮气罐7—切断阀■测量气体时的连接方法差压计必须安装在节流装置之下时，须加