化工儀表與自動化3-1

1、化工儀表及自動化教案課題第三章 流量檢測（1）授課教師 授課日期 授課班級 課時 2學(xué)時課的類型新課教學(xué)方法 教學(xué)設(shè)備 儀表實訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)    知識與技能 1掌握差壓式流量計原理和校驗方法2. 掌握轉(zhuǎn)子流量計工作原理及標(biāo)定方法過程與方法1實訓(xùn)：測量流量，講解 2理論講解、多媒體展示情感與態(tài)度創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探索，求知欲望，使學(xué)生積極觀察、分析，主動參與，強(qiáng)化學(xué)生主體地位。教學(xué)重點(diǎn)1節(jié)流裝置原理2轉(zhuǎn)子流量計工作原理及標(biāo)定方法教學(xué)難點(diǎn)1節(jié)流裝置原理2轉(zhuǎn)子流量計工作原理及標(biāo)

2、定方法重、難點(diǎn)解決措施 多做多記 ，在實訓(xùn)中熟悉操作步驟 教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容差壓流量計、轉(zhuǎn)子流量計教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動時間一、實踐教學(xué)教學(xué)活動一、觀摩設(shè)備一、差壓流量計測量流量 1觀察差壓流量計組成及安裝方式 2利用差壓流量計測量流量二、轉(zhuǎn)子流量計測量壓力  1觀察轉(zhuǎn)子流量計組成及安裝方式 2利用轉(zhuǎn)子流量計測量流量 學(xué)生操作。  二。、理論教學(xué)（講解）教具：差壓流量計教具：節(jié)流裝置教具：轉(zhuǎn)子流量計教學(xué)活動二、理論教學(xué)1流量基本概念 流量：是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的液體數(shù)量的大小。 總量：某段時間內(nèi)流過管道的流體流量總

3、和。 注：測量流量稱流量表，測總量稱計量表。 流量Q和總量M可以用質(zhì)量或體積表示 M=Q 流量單位： t/h,kg/h,kg/s,m3/h ,L/h,L/min2檢測流量儀表分類（1）速度式（2）容積式 （3）質(zhì)量式第一節(jié) 差壓式流量計差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。 通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。 一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式1節(jié)流現(xiàn)象 流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 節(jié)流裝置

4、就是在管道中放置的一個局部收縮元件,應(yīng)用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。注意要準(zhǔn)確測量出截面、處的壓力有困難，因為產(chǎn)生最低靜壓力p2的截面的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點(diǎn)，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。2節(jié)流基本方程式 流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。 :流量系數(shù) ：膨脹校正系數(shù)F0：節(jié)流裝置前后開孔面積 1：流體密度 p：差壓可以看出，要知道流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于的取值。 流量

5、與壓力差P的平方根成正比。二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 國內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。 采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計計算時都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計算所需要的通用化實驗數(shù)據(jù)資料。 節(jié)流裝置前后差壓取壓方式：角取壓法和法蘭取壓法 法蘭取壓法如圖：角取壓法如圖，就是在孔板（噴嘴）前后兩端面與管壁的夾角處取壓。通過環(huán)室或單獨(dú)鉆孔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。1.節(jié)流裝置的選用在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復(fù)雜。造價高低也與此相對應(yīng)。實際上,在一般場合下,以采用孔板為最多。當(dāng)要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等。在測量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損

6、、變形的介質(zhì)流量時,采用噴嘴較采用孔板為好。在流量值與壓差值都相同的條件下,使用噴嘴有較高的測量精度,而且所需的直管長度也較短。如被測介質(zhì)是高溫、高壓的,則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。 2.節(jié)流裝置的安裝使用 必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。 在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。 任何局部阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 (孔板、噴嘴) ,一般都用于直徑D50mm的管

7、道中。 被測介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道并且連續(xù)流動。 管道內(nèi)的流束 (流動狀態(tài))應(yīng)該是穩(wěn)定的。 被測介質(zhì)在通過節(jié)流裝置時應(yīng)不發(fā)生相變。 四、差壓式流量計的測量誤差 在現(xiàn)場實際應(yīng)用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達(dá)1020。 注意：不僅需要合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計計算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計有足夠的實際測量精度。 差壓式流量計的測量誤差產(chǎn)生的原因：1 被測流體工作狀態(tài)的變動如果實際使用時被測液體工作狀態(tài)（溫度、壓力、濕度）以及相應(yīng)的流體重度、黏度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值與設(shè)計計算的所變化，則會造成測量值與實際值之間有較大誤差，為了消除這種誤差，必須對測量

8、值進(jìn)行必要修正。2 節(jié)流裝置安裝不正確安裝節(jié)流裝置時注意節(jié)流裝置的安裝方向：應(yīng)當(dāng)是流體從標(biāo)注“+”號流入；孔板流體從900角流入。保持節(jié)流裝置處清潔，節(jié)流處如有結(jié)焦、沉淀、堵塞，都會引起較大測量誤差。3 孔板入口邊緣的磨損節(jié)流裝置使用日久，造成節(jié)流裝置幾何形狀和尺寸變化。對于孔板，它的入口邊緣尖銳度會由于沖擊、磨損和腐蝕而變鈍，在相等數(shù)量流體經(jīng)過時產(chǎn)生差壓將變小，引起示值偏低。4導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象 導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會引起較大的測量誤差。對于不同的被測介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。（1）測量液體的流量時，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液

9、體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。 取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角為0°45°。 引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少120110），使氣泡易于排出。 在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。 （2）測量氣體流量時，上述的這些基本原則仍然適用。 取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。 引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。 如果差壓計必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖所示。 （3）測量蒸汽的流量時，要實現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對測量精度

10、的影響。常見的接法見圖所示。 5由引壓導(dǎo)管接至差壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖所示。 6 測量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計）的介質(zhì)流量時，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖所示。 圖 隔離罐的兩種第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計一、工作原理轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。轉(zhuǎn)子流量計組成：錐形管、轉(zhuǎn)子，當(dāng)流體從下端進(jìn)入，轉(zhuǎn)子受到一個向上的力，使浮子浮起，當(dāng)這個力與重力相等，此時轉(zhuǎn)子就停在一定高度。當(dāng)流量增大時，向上力增大，轉(zhuǎn)子上升，流通面積增大，向上的力變小，當(dāng)轉(zhuǎn)子向上力與重力再一次相等，轉(zhuǎn)子就停在新的高度上。圖 轉(zhuǎn)子流量計工作原理轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的

11、平衡條件是（3-13）由式（3-25）可得（3-14）根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小或?qū)⑹剑?-26）代入上兩式，得或二、電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計 它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。 LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。1 流量變送部分 圖 差動變壓器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換原理：若將轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動帶動鐵芯一起運(yùn)動，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。2電動顯示部分圖 LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計三、轉(zhuǎn)子流量計修正轉(zhuǎn)子流量計是一種非標(biāo)準(zhǔn)化儀表，出廠時：測液體流量以20時

12、水的流量值刻度的。測量氣體以20，0。10133Pa壓力下空氣的流量刻度的。實際使用根據(jù)被測介質(zhì)密度與工作狀態(tài)不同，對示值進(jìn)行修正。1 液體流量修正例1：現(xiàn)用一只以水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計來測量苯的流量，已知轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼，t=7.9g/cm3,苯的密度苯=0.83g/cm3。試問流量計讀數(shù)為3.6L/s時，苯的實際流量是多少？解：Q示值=3.6L/s, 水=1g/cm3, 苯=0.83g/cm3，t=7.9g/cm3。2 氣體流量的修正例2：某廠用轉(zhuǎn)子流量計來測量溫度為27，表壓力為0。16Mpa的空氣流量，問轉(zhuǎn)子流量計計數(shù)為38Nm3/h，空氣實際流量是多少？解：Q示值=38Nm3/h，P0=

13、0.10133Mpa, 0=1=1.29Kg/Nm3,T0=293K, P1=(0.16+0.10133)Mpa=0.26133 MpaT1=273+27K=300K   聽課    55分鐘互動教學(xué) 總結(jié)（提問）1節(jié)流原理2轉(zhuǎn)子流量計原理10分鐘布置作業(yè)其中第9題作些提示作業(yè)（P29）2、3、4、5、6、75分種化工儀表及自動化教案課題第三章 流量檢測（2）授課教師 授課日期 授課班級 課時 2學(xué)時課的類型新課教學(xué)方法 教學(xué)設(shè)備 儀表實訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo) &#

14、160;  知識與技能 1掌握渦輪流量計工作原理2. 掌握質(zhì)量流量計工作原理3了解其它流量計工作原理過程與方法1實訓(xùn)：測量流量，講解 2理論講解、多媒體展示情感與態(tài)度創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探索，求知欲望，使學(xué)生積極觀察、分析，主動參與，強(qiáng)化學(xué)生主體地位。教學(xué)重點(diǎn)1節(jié)流裝置原理2轉(zhuǎn)子流量計工作原理及標(biāo)定方法教學(xué)難點(diǎn)1節(jié)流裝置原理2轉(zhuǎn)子流量計工作原理及標(biāo)定方法重、難點(diǎn)解決措施 多做多記 ，在實訓(xùn)中熟悉操作步驟 教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動教學(xué)時間教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容理論教學(xué)（講解）重點(diǎn)： 重點(diǎn)：流量大小轉(zhuǎn)成壓力大小，壓力大小轉(zhuǎn)成電阻大小電阻大小轉(zhuǎn)

15、成電勢大小。重重點(diǎn)：圓齒輪流量計的體積流量重點(diǎn)：（1）測量介質(zhì)（2）感生電動勢與流量成正比重點(diǎn) ：開方器作用第四節(jié) 質(zhì)量流量計定義 直接測量單位時間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。 優(yōu)點(diǎn) 質(zhì)量流量計的最后輸出信號只與介質(zhì)的質(zhì)量流量M成比例,這就能從根本上提高流量測量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。 質(zhì)量流量的基本方程式為 一、直接式質(zhì)量流量計（3-18）（3-19）將式(3-19)減去式(3-18),可得 即 圖 雙孔板差壓式質(zhì)量流量測量示意圖二、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計1流速-密度補(bǔ)償法 2壓差-密度法3壓差-流速補(bǔ)償法（3-20）又由于 （3-21）將式 (3-21)代入式 (3-20)，得壓

16、差-流速補(bǔ)償法 第五節(jié) 其他流量計一、靶式流量計便于某些黏度較高或含有懸浮物介質(zhì)的流量檢測。當(dāng)介質(zhì)在測量管中流動時，因其自身的動能通過阻流件（靶式流量計）時而產(chǎn)生的壓差，并對阻流件有一作用力，其作用力大小與介質(zhì)流速的平方成正比，阻流件（靶）接受的作用力F，經(jīng)剛性連接的傳遞件（測桿）傳至傳感器，傳感器產(chǎn)生電壓信號輸出,此電壓信號經(jīng)前置放大、AD轉(zhuǎn)換及計算機(jī)處理后，即可得到相應(yīng)的瞬時流量和累積總量。圖 半導(dǎo)體應(yīng)變片式靶式流量變送器二、橢圓齒輪流量計1工作原理通過橢圓齒輪流量計的體積流量2使用特點(diǎn) 適用于高黏度介質(zhì)的流量測量。 測量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。 橢圓齒輪流量計的入口端必

17、須加裝過濾器。 橢圓齒輪流量計的使用溫度有一定范圍。 橢圓齒輪流量計的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高。三、渦輪流量計優(yōu)點(diǎn)：安裝方便。測量精度高，可耐高壓。反應(yīng)快，可測脈動流量。輸出信號為電頻率信號，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。 缺點(diǎn)：一般應(yīng)加過濾器。安裝時，前后要有一定的直管段。工作原理：當(dāng)流體流過葉輪時，渦輪旋轉(zhuǎn)，切割線圈3，線圈感應(yīng)交流電，流體的流速越大，葉輪轉(zhuǎn)速越高，在規(guī)定的流量范圍和一定的流體黏度下，轉(zhuǎn)速與交流電頻率成正比，也與流速成線性關(guān)系。速度式儀表。 圖 渦輪流量計四、電磁流量計能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的流量。 感應(yīng)電勢的方向由右手定則判斷，大小由下式?jīng)Q定 （

18、3-23）（3-24）將式（4-24）代入式（4-23），得注意：只能用來測量導(dǎo)電液體的流量，且導(dǎo)電率要求不小于水的導(dǎo)電率，不能測量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍數(shù)的放大器，會造成測量系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，并且易受外界電磁場的干擾。使用中要注意維護(hù)，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時要遠(yuǎn)離一切磁源。不能有振動。 五、漩渦流量計流體振動式流量計是一類相對新型的流量儀表，利用流體振動原理測量流量。根據(jù)旋渦形式的不同，旋渦式流量計分成兩類：利用流體自然振動的卡門渦街流量計（也叫卡門型旋渦流量計、渦街流量計）和利用流體強(qiáng)迫振動的旋進(jìn)旋渦流量計。旋渦式流量計已經(jīng)廣泛應(yīng)用在石油化工、冶金、機(jī)械

19、、紡織、制藥等工業(yè)領(lǐng)域，是一類發(fā)展迅速、前景廣闊的流量計。 1卡門渦街流量計 渦街流量計的工作原理是流體力學(xué)的卡門渦街原理。垂直放置一個非流線型對稱形狀物體，流體繞過阻流元件時出現(xiàn)附面層分離，在阻流元件左右兩側(cè)的后方交替產(chǎn)生旋渦，旋渦穩(wěn)定情況下旋渦的釋放頻率與正比于流過旋渦發(fā)生體得流體平均速度，即振動頻率與流量存在對應(yīng)關(guān)系。 2、旋進(jìn)旋渦流量計 旋進(jìn)旋渦流量計的工作原理是流體強(qiáng)迫振動。在管道中紡織旋渦發(fā)生器，強(qiáng)迫流體產(chǎn)生圍繞流動軸線旋轉(zhuǎn)的旋渦，稱為旋轉(zhuǎn)流繼續(xù)旋進(jìn)。雷諾數(shù)、馬赫數(shù)一定前提下，旋進(jìn)頻率與流體的體積流量成線性關(guān)系。 3光纖旋渦流量計 光纖旋渦流量計是采用光導(dǎo)前衛(wèi)做阻流元件。光纖受到流體旋渦的作用而振動，通過該振動對光纖中的光進(jìn)行調(diào)制、傳輸、檢測。這種流量計具有測量可靠、壓損小等優(yōu)點(diǎn)，廣發(fā)用于純流體的液體和氣體測量。例題分析1某差壓式流量計的流量刻度上限為320m3/h ,差壓上限2500Pa。當(dāng)儀表指針指在160m3/h時,求相應(yīng)的差壓是多少 (流量計不帶開方器)? 解：由流量基本方程式可知 流量是與差壓的平方根成正比的。當(dāng)測量的所有條件都不變時,可以認(rèn)為式中的、F0、1均為不變的數(shù)。如果假定上題中的 Q1 = 320m3/h ;