第三章流量檢測(cè)

1、第三章 流 量 檢 測(cè)流 量 一般所講的流量大小是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。 而在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值，稱為總量。 流量和總量，可以用質(zhì)量表示，也可以用體積表示。單位時(shí)間內(nèi)流過的流體以質(zhì)量表示的稱為質(zhì)量流量，常用符號(hào)M表示，以體積表示的稱為體積流量，常用符號(hào)Q表示。若流體的密度是，則體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系是M=Q或Q=M/ 累積體積流量dtqVtv0dtqmtm0累積質(zhì)量流量 測(cè)量流體流量的儀表一般叫流量計(jì)；測(cè)量流體總量的儀表常稱為計(jì)量表。 常用的流量單位有噸每小時(shí)(th)、千克每小時(shí)(kgh)、千克每秒(

2、kgs)、立方米每小時(shí)(m3h)、升每小時(shí)(Lh)、升每分(Lmin)等。 測(cè)量流量的方法很多，其測(cè)量原理和所應(yīng)用的儀表結(jié)構(gòu)形式各不相同。目前有許多流量檢測(cè)的分類方法，我們僅舉一種大致的分類法，簡(jiǎn)介如下: 1速度式流量儀表 2容積式流量計(jì) 3質(zhì)量式流量計(jì)這是一種以測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè)量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。例如差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、堰式流量計(jì)等。 這是一種以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)等。以測(cè)量流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)，例如慣性力式質(zhì)量流量計(jì)、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)等。它具有被測(cè)流量的數(shù)值不

3、受流體的溫度、壓力、黏度等變化的影響，是一種在發(fā)展中的流量測(cè)量儀表。 第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì) 測(cè)量對(duì)象測(cè)量對(duì)象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面管徑方面：從幾毫米到幾米；流動(dòng)條件流動(dòng)條件：亞音速流、臨界流、脈動(dòng)流歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。節(jié)流式特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長，適應(yīng)能力強(qiáng)， 幾乎能測(cè)量各種工況下的流量。差壓式流量計(jì) 孔板引壓管差壓計(jì) 一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式 節(jié)流現(xiàn)象節(jié)流現(xiàn)象 具有一定能量的流體，才可能在管道中形成流動(dòng)狀態(tài)。流動(dòng)流體的能量有兩種形式，即靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，

4、又由于流體有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能。這兩種形式的能量在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。但是，根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，再加上克服流動(dòng)阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。 伯努利方程 流量基本方程式 連續(xù)性方程 伯努利方程 流量基本方程式 流量基本方程式流量基本方程式根據(jù)流體力學(xué)的伯努力方程和流體的連續(xù)性方程，可以推導(dǎo)出流量與壓差之間的流量方程式，即 體積流量 /20pQ 質(zhì)量流量 p20式中 流量系數(shù) 流束膨脹系數(shù) A0節(jié)流裝置的開孔截面積 流體密度 節(jié)流裝置前后實(shí)際測(cè)得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 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

5、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(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計(jì)算所需要的通用化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。需要時(shí)可查閱有關(guān)的手冊(cè)或資料。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件 標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適合大流量的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)文丘里管標(biāo)準(zhǔn)文丘里管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失比孔板小節(jié)流裝置 1節(jié)流裝置的選用 2節(jié)流裝置的安裝使用壓力檢測(cè)方法及儀表壓力檢測(cè)方法及儀表1低壓室 2高壓室 3測(cè)量元件（膜盒、膜片） 4軸封膜片 5主杠桿 6過載保護(hù)片 7靜壓調(diào)整螺釘 8矢量機(jī)構(gòu) 9零點(diǎn)遷移彈簧 10平衡錘 11量程調(diào)整螺釘 12檢測(cè)片（銜鐵） 13差動(dòng)變壓器 14副杠桿 15放大器 16反饋動(dòng)圈 17永久磁鋼

6、18電源 19負(fù)載 20調(diào)零彈簧 測(cè)量機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)檢測(cè)放大 機(jī)構(gòu)反饋 機(jī)構(gòu) 三、力矩平衡式差壓變送器三、力矩平衡式差壓變送器 四、差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差 造成測(cè)量誤差的原因 1被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng) 2節(jié)流裝置安裝不正確 3孔板入口邊緣的磨損 4導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏等現(xiàn)象 5差壓計(jì)安裝或使用不正確 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 變面積式測(cè)量方法示意圖 檢測(cè)原理檢測(cè)原理錐形管錐形管-由下往上逐漸擴(kuò)大管由下往上逐漸擴(kuò)大管轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-阻力件阻力件 組成組成當(dāng)流體自下而上流經(jīng)當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時(shí)，由環(huán)形流通面積時(shí)，由于受到流體的沖擊，于受到流體的沖擊，

7、轉(zhuǎn)子便要向上運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子便要向上運(yùn)動(dòng)。 流量基本方程式流量基本方程式設(shè)：設(shè)：V轉(zhuǎn)子的體積； 10。轉(zhuǎn)子材料的密度； pf被測(cè)流體的密度； p1、p2轉(zhuǎn)子前、后流體作用在轉(zhuǎn)子上的靜壓力； A轉(zhuǎn)子的最大橫截面積； g重力加速度。 當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡時(shí)，則有當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡時(shí)，則有 AppgVft)()(21 設(shè)設(shè):A:A0 0為環(huán)隙流通面積，為環(huán)隙流通面積， 則轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量為則轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量為 AgVhQfftz)(2 fphQ/2fph2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值修正轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值修正儀表出廠前標(biāo)度：20，0.10133MP 液體-水 氣體-空氣液體流量的修正QsyzyszYNkQQ)()(氣體

8、流量的修正 01010101QTPTPQ修改量程 zzzAgVkhQ)(2用一個(gè)用水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)來測(cè)量苯的流量，流量計(jì)的讀數(shù)為28 m3/h，已知轉(zhuǎn)子密度為7920 kg/m3的不銹鋼，苯的密度為0.831 kg/L，求苯的實(shí)際流量是多少？hmQQsyzyszNy/08.3111. 128831. 0) 192. 7(1)831. 092. 7283（）（）（苯例已知：s=1 kg/L，y=0.831 kg/L，z=7.92 kg/L， QN =28 m3/h，代入修正公式式可得： 解所以苯的實(shí)際流量是31.08m3/h。電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì) 流量變送部分LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)是用差動(dòng)

9、變壓器進(jìn)行流量變送的。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)與原理。它由鐵心、線圈以及骨架組成。 當(dāng)鐵心處在差動(dòng)變壓器兩段線圈的中間位置時(shí)，初級(jí)激磁線圈激勵(lì)的磁力線穿過上、下兩個(gè)次級(jí)線圈的數(shù)目相同，因而每個(gè)匝數(shù)相等的次級(jí)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e1、e2相等。由兩個(gè)次級(jí)線圈系反相串聯(lián)，所以e1、e2相互抵消，從而輸出端4、6之間的總電勢(shì)為零。 總電勢(shì)稱為不平衡電勢(shì)，它的大小和相位由鐵心相對(duì)于線圈中心移動(dòng)的距離和方向來決定。電動(dòng)顯示部分 LZD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理漩渦流量計(jì) 漩渦流量計(jì)又稱渦街流量計(jì)。它可以用來測(cè)量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計(jì)量及節(jié)能管理中常用的新型流量儀表。 漩渦流量

10、計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒有運(yùn)動(dòng)部件、無機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯?？ㄩT渦列 當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，會(huì)在柱狀物的下游處產(chǎn)生如圖所示的兩列不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦，像這樣的漩渦渦列就是卡門渦列。 該漩渦渦列通常是不穩(wěn)定的。當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿足hL=0281時(shí)，所產(chǎn)生的非對(duì)稱漩渦列才能達(dá)到穩(wěn)定。 漩渦頻率的檢測(cè)方法有熱學(xué)法、電容法和差壓法等 鉑絲阻值的變化頻率漩渦頻率流體進(jìn)入空腔頻率鉑絲溫度變化頻率第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì)則是直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量，即質(zhì)量流量M 質(zhì)量流量計(jì)大致可分為兩大類。一類是直接式質(zhì)量流量

11、計(jì)，它能夠直接得到與質(zhì)量流量成比例的信號(hào)，也就是說檢測(cè)元件能夠直接反映出質(zhì)量流量的大小；另一類是補(bǔ)償式或推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，它是同時(shí)檢測(cè)出體積流量和流體的密度，然后通過運(yùn)算器得出與質(zhì)量流量成比例的輸出信號(hào)。 質(zhì)量流量的測(cè)量方法質(zhì)量流量的測(cè)量方法（1 1）直接法： 利用檢測(cè)元件，使輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。 利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)的差壓式檢測(cè)方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動(dòng)量式檢測(cè)方法； 應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測(cè)方法 基于科里奧利力效應(yīng)的檢測(cè)方法。（2）間接法： 用兩個(gè)檢測(cè)元件分別測(cè)出兩個(gè)相應(yīng)參數(shù)，通過運(yùn)算間接獲取流體的質(zhì)量流量。 qv2檢測(cè)元件和檢測(cè)元件的組合； qv檢測(cè)元件和檢測(cè)元件的組合； q

12、v2檢測(cè)元件和qv檢測(cè)元件的組合。直接式質(zhì)量流量計(jì) 差壓式質(zhì)量流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì)主要由孔板和定流量泵組成 Pl - P3= 4KqM 由上式可知，當(dāng)K、q為常數(shù)時(shí)，只要測(cè)出孔板A、B前后的壓差(Pl-P3)，就可以確定流過主管道的質(zhì)量流量M。由于輸出信號(hào)為壓差(PlPa)，與M成比例，且與流體密度無關(guān)，故稱直接式質(zhì)量流量計(jì)。補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì) 補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)是在分別測(cè)量兩個(gè)相應(yīng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，再通過一定形式的數(shù)學(xué)運(yùn)算而間接地推導(dǎo)出質(zhì)量流量，下面介紹補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)的基本構(gòu)成原理。 1流速一密度補(bǔ)償法 M=Av 2壓差一密度法 M=Apv=pQp=KQ23.壓差-流速補(bǔ)償法2QMQQ21QMAQQ

13、vA第五節(jié) 其他流量計(jì) 1. 靶式流量計(jì)腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)測(cè)量原理測(cè)量原理腰形輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計(jì)量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。 04nVV 計(jì)量室體積腰輪轉(zhuǎn)速體積流量 腰輪流量計(jì) 腰輪流量計(jì)是一種容積式流量測(cè)量儀表，用以測(cè)量封閉管中流體的體積流量。 就地顯示累積流量，并有遠(yuǎn)傳輸出接口，與相應(yīng)的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器和流量積算儀配套，可進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，顯示和控制。 精度高，重復(fù)性好，范圍度大，對(duì)流量計(jì)前后直管段要求不高。 適用較高粘度流體，流體粘度變化對(duì)示值影響較小。 適用無腐蝕性能的流體，如原油，石油制品 (柴油，潤滑油等)。 腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì) 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì) 當(dāng)流體通過葉輪時(shí)，流體的動(dòng)能使葉輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越高，動(dòng)能就越大，葉輪轉(zhuǎn)速也就越高。在規(guī)定的流量范圍和一定的流體黏度下，轉(zhuǎn)速與流速成線性關(guān)系。 四、電磁流量計(jì)四、電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)通常由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測(cè)介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢(shì)后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的010mA或420mA直流信號(hào)作為輸出，以便進(jìn)行指示、記錄或與電動(dòng)單元組合儀表配套使用。 電磁流量計(jì)變送部分的原理圖如圖321所示。在一段用非導(dǎo)磁材料制成的管道外面，安裝有一