合肥工业大学化工仪表-第3章-3流量检测方法及仪表

1、,流量检测方法及仪表,流量测量技术和仪表的应用领域,工业生产过程,能源计量,一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）,二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等,生物技术,交通运输,环保工程,空气污染(烟废气排放 )、水污染,管道输送,流量检测方法及仪表,流量检测方法及仪表,应用容积法检测流量（椭圆齿轮流量计） 应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计) 应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计) 应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计) 应用有规则的漩涡剥离现象测量流体流量(漩涡流量计) 应用叶轮的转动测流量(涡轮流量计) 质量流

2、量计的测量方法(直接式和间接式的测量),本节主要内容,流量检测的基本概念,累积体积流量,流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。,累积质量流量,流量测量的任务： 根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。,体积流量的测量方法,（1）容积法： 在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。 椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。 受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。,（2）速度法： 这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。 较宽的使

3、用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。,质量流量的测量方法,（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； qv2检测元件和qv检测元件的组合。,差压式流量计,测量对象：流体方面，单相、混相、

4、洁净、脏污； 工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温； 管径方面：从几毫米到几米； 流动条件：亚音速流、临界流、脉动流,基于流体流动的节流原理,利用流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的;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,差压式流量计组成,节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。 引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。 差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。,差压式流量计分类表,应用动压能和静压能转换的原理检测

5、流量,节流元件附近流速和压力分布情况,检测原理,当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。 流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。 基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。 压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）,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,质量流量,式中 流量系数 节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流 体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。

6、对于标准节流装置，值可直接从有关手册中查出。 流束膨胀系数 F0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,标准节流元件,标准孔板,结构简单，安装方便，适合大流量的测量,标准喷嘴,标准文丘里管,结构复杂，压力损失比孔板小,把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。,环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式 标准孔板的几种取压方式,取压方式,取压方式：角接取压法孔板或喷嘴前后两端面与管壁的夹处取压 （标准孔板） 法兰取压法,选用考虑要点,安装条件方面,流件前后有必要直管段长度,引压管线,仪表性能方面(1

7、) 精确度、重复性、线性度、流量范围 压力损失,流体特性方面 流体物性参数的确定 (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等,环境条件方面,节流式流量计的使用特点和要求,标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。 孔板测量的压损大，当不允许有较大的管道压损时，便不宜采用。在一般场合下，仍采用孔板为多。 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。 标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体； 流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变； 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

8、直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系） 节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置,节流式流量计误差产生的原因,实际工况与设计要求不符，如：温度、压力、湿度以及相应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会造成较大的误差。为了消除这种误差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。 节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向。 在使用中，要保持节流装置的清洁。如在节流装置处防止有沉淀、结焦、堵塞等现象。 节流装置的磨损，应注意日常检

9、查、维修，必要时应换用新的孔板。 导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象，,差压变送器的安装,三个方面的内容： 取压口的选择 引压管的安装 变送器本身的安装,差压变送器取压口的选择,液体、气体、蒸汽？,被测介质为液体时，取压口应位于管道下半部与管道水平线成045角内，目的是保证引压管内没有气泡，两根引压管内液柱产生的附加压力可以相互抵消； 问：能否从底部引出？为什么？,被测介质为气体时，取压口应位于管道上半部与管道垂直中心线成045角内，其目的时为了保证引压管中不积聚和滞留液体。,被测介质为蒸汽时，取压口应位于管道上半部与管道水平线成045角内。最常见的接法是从管道水平位置接出，并分别安装凝液罐

10、，这样两根引压管内部都充满冷凝液，而且液位高度相同。,差压变送器引压管的安装,引压管应按最短距离敷设，引压管的弯曲处应该是均匀的圆角，曲率半径一般不小于引压管外径的10倍。引压管的管路应保持垂直，或者与水平线之间不小于1:10的倾斜度，必要时要加装气体、凝液、微粒收集器等设备，并定期排除收集物。,引压管内径与引压管长度,差压变送器本身的安装,差压变送器通常必须安装切断阀1、2和平衡阀3，构成三阀组,差压变送器是用来测量差压的，但如果正、负引压管上的两个切断阀不能同时打开或者关闭时，就会造成差压变送器单向受很大的静压力，有时会使仪表产生附加误差，严重时会使仪表损坏。 为了防止差压计单向受很大的静

11、压力，必须正确使用平衡阀。 在启用差压变送器时，应先开平衡阀3，使正、负压室连通，受压相同，然后再打开切断阀1、2，最后再关闭平衡阀3，变送器即可投入运行。 差压变送器需要停用检修时，应先打开平衡阀，然后再关闭切断阀1、2。 当切断阀1、2关闭，平衡阀3打开时，即可以对仪表进行零点校验。,节流式流量计误差产生的原因,孔板本身原因：,直角边缘不锐利,测量值偏小,d太大,测量值偏小,h太大,测量值偏大,安装不好，孔板弯曲,可大可小,要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点： （1）差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。 （2）在测量蒸汽和气

12、体流量时，常遇到工作条件的密度与设计时的密度c不相同，这时必须对示数进行修正。 （3）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。 （4）节流装置应正确安装。 （5）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安装差压信号管路。,转子流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。,孔板流量计：,节流面积不变,流量变化,压差发生变化,转子流量计：,压差不变,流量变化,节流面积发生变化,转子流

13、量计主要由两个部分组成： 一是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用透明玻璃制成） 二是放在锥形管内可自由运动的转子。,电远传式转子流量计,LZD系列电远传式转子流量计,（1）功能：远传显示,（2）组成：流量测量变送部分 + 电动显示部分,差动变压器的结构与原理,组成：铁芯，骨架，初级线圈(绕在骨架的内层，同相串联)，次级线圈(绕在骨架的外层，反相串联)。,图3-10 差动变压器结构,差动变压器是将铁芯的位移量x转变为不平衡电势u,差动变送器的原理,3流量测量原理,Q=0时， 铁芯处于中间位置,e1=e2，e12=0,e3=e4，e34=0,uab=e12 - e34=0,放大器无电势输入，则可逆电

14、机不动。 Q示0,Q0时，T1 铁芯上移.,流量修正,由于转子流量计在生产的时候，是在工业基准状态（20，0.10133Mpa）下用水或空气进行刻度的。如果工作状态不同，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行修正。,液体流量测量时的修正,如果某转子流量计的转子高度为h，如果介质为20的水，则流量qv0与h的关系满足：,式中：qv0为用水标定时的流量刻度 w为水的密度,如果介质不是20的水，则流量qvf与h的关系满足：,qvf和f分别为被测介质的实际流量和密度,如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则有,刻度流量,实际流量,修正系数,用一个用水

15、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？,例,已知：w=1 kg/L，f=0.831 kg/L，t=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。,气体流量测量时的修正,假设实际被测气体的密度为f， 因此被测流体流量Qf与指示值Q0的关系是：,于是有修正公式,温度单位是绝对温标，压力为绝对压力。 （P0=1.0133105Pa，T0=293K） 0 空气标准状态密度（1.293kg/m3） f 被测介质标准状态密

16、度 Q0 显示流量 Qf实际流量（标准状态）,某厂用转子流量温度为27,表压为0.16MPa的空气流量,问转子流量计读数为38Nm3/h时,空气的实际流量是多少?,例,已知：Q0=38Nm3/h，p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,T1=27+273=300K，T0=293K,p0=0.10133MPa,1=2=1.293kg/Nm3,解,所以苯的实际流量是60Nm3/h,转子流量计用来测量水蒸汽流量时,若将蒸汽流量换算为水流量时,可用公式:,(3) 蒸汽流量测量时的换算,若已知某饱和蒸汽(温度不超过200)流量值时,可从上式换算成相应的水流量值,然后按转子流量计选择合适口径

17、的仪表,转子流量计的特点,流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高； 流量计的基本误差约为仪表量程的土2; 转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量； 流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。,普通转子流量计测量信号不便于远距离传送,涡轮流量计,基本工作原理,流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲,特点和要求,流量与涡轮转速之间成线性关系； 涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上； 反应迅速，可测脉动流量； 主要用于中小口径的流量检测； 仅适

18、用洁净的被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置； 流量计水平安装，前后需一定长度的直管段，一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在10D和5D以上； 常温下用水标定，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿,应用容积法检测流量,单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据,测量原理,设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数,则,排出的流体总量,腰轮流量计,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。,计量室体积,腰轮转速,体积流量,流量检测方法及仪表,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。

19、 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)。 缺点: (1)被测介质中不能含有固体颗粒,不能夹杂机械物 (2)使用温度有一定的要求,温度过高,易卡死 (3)结构复杂,加工成本高,使用不当,或时间过久,易发生泄漏,腰轮流量计,电磁流量计,基本工作原理,导电流体切割磁力线，会产生电动势,适用场合,可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的液体，

20、但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。,电磁流量计原理,电磁流量计的特点,测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小； 只要是导电的，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质； 流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响； 测量管道口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级； 电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量； 主要缺点： 被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率 不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量 由于衬里材料的限制，一般使用温度为0200； 因电极

21、嵌装在测量导管上的，使工作压力限制(一般0.25MPa）,漩涡流量计,基本工作原理,把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就称为卡曼涡街 只有当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距L满足为hL0.281条件时，卡曼涡列才是稳定的。且单列漩涡产生的频率f与流体流速v成正比，与柱体的特征尺寸d（漩涡发生体的迎面最大宽度）成反比，即：,流量方程,St称为斯特劳哈尔数（无因次数），St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在雷诺数为500150000的范围内，St基本上为一常数。,漩涡频率的检测方法,热敏检测法，电容检测