合肥工業(yè)大學(xué)化工儀表第3章3流量檢測方法及儀表

1、 流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 流量測量技術(shù)和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域流量測量技術(shù)和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè)生產(chǎn)過程能源計量一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等生物技術(shù) 交通運輸 環(huán)保工程 空氣污染空氣污染( (煙廢氣排放煙廢氣排放 ) )、水污染、水污染 管道輸送管道輸送 流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀

2、表流量檢測方法及儀表v應(yīng)用容積法檢測流量（應(yīng)用容積法檢測流量（橢圓齒輪流量計）v應(yīng)用動、靜壓能轉(zhuǎn)換原理檢測流量應(yīng)用動、靜壓能轉(zhuǎn)換原理檢測流量（差壓式流量計)v應(yīng)用改變流通面積的方法檢測流量應(yīng)用改變流通面積的方法檢測流量(轉(zhuǎn)子流量計)v應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測流量應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測流量(電磁流量計)v應(yīng)用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象測量流體流量應(yīng)用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象測量流體流量(漩渦流量計)v應(yīng)用葉輪的轉(zhuǎn)動測流量應(yīng)用葉輪的轉(zhuǎn)動測流量(渦輪流量計)v質(zhì)量流量計的測量方法質(zhì)量流量計的測量方法(直接式和間接式的測量直接式和間接式的測量)本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測的基本

3、概念流量檢測的基本概念瞬時流量瞬時流量單位時間內(nèi)流體通過一定截面積的數(shù)量。單位時間內(nèi)流體通過一定截面積的數(shù)量。體積流量體積流量用流體的體積來表示（用流體的體積來表示（Q Q），單位為），單位為m m3 3/h/h。質(zhì)量流量質(zhì)量流量用流量的質(zhì)量來表示（用流量的質(zhì)量來表示（MM），單位為），單位為kg/hkg/h。累積流量累積流量 一段時間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值一段時間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值累積體積流量dtQQt0總流量計量流量計量對在一定通道內(nèi)流動流體的流量進行測量對在一定通道內(nèi)流動流體的流量進行測量。dtMMt0總累積質(zhì)量流量流量測量的任務(wù)流量測量的任務(wù)： 根據(jù)測量目的，被

4、測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等條件，根據(jù)測量目的，被測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等條件，研究各種相應(yīng)的測量方法，并保證流量值的正確傳遞。研究各種相應(yīng)的測量方法，并保證流量值的正確傳遞。流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表體積流量的測量方法體積流量的測量方法 （1 1）容積法：）容積法：在單位時間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對流動介質(zhì)連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定在單位時間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對流動介質(zhì)連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定容積數(shù)來計算流量。容積數(shù)來計算流量。橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計和刮板流量計。橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計和刮板流量計。受流體的流動狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度、低雷

5、諾數(shù)的流體。受流體的流動狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。 （2 2）速度法：）速度法：這種方法是先測出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積這種方法是先測出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。流量。 較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測，利用平均流較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測，利用平均流速計算流量，管路條件的影響大，流動產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布不對速計算流量，管路條件的影響大，流動產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布不對稱等都會給測量帶來誤差。稱等都會給測量帶來誤差。 流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 質(zhì)量流量的測量方法質(zhì)量

6、流量的測量方法（1 1）直接法： 利用檢測元件，使輸出信號直接反映質(zhì)量流量。 利用孔板和定量泵組合實現(xiàn)的差壓式檢測方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動量式檢測方法； 應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測方法 基于科里奧利力效應(yīng)的檢測方法。（2）間接法： 用兩個檢測元件分別測出兩個相應(yīng)參數(shù)，通過運算間接獲取流體的質(zhì)量流量。 qv2檢測元件和檢測元件的組合； qv檢測元件和檢測元件的組合； qv2檢測元件和qv檢測元件的組合。流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表差壓式流量計差壓式流量計 測量對象測量對象：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

7、到幾米；流動條件流動條件：亞音速流、臨界流、脈動流基于流體流動的節(jié)流原理,利用流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的;歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。節(jié)流式特點： 結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強， 幾乎能測量各種工況下的流量。差壓式流量計 孔板引壓管差壓計流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 差壓式流量計組成節(jié)流裝置節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。引壓導(dǎo)管引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電

8、信號（：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號（4-20mA4-20mA）。）。節(jié)流裝置引壓管差壓變送器顯示儀表/控制器oIpvqp流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表差壓式流量計分類表差壓式流量計分類表 分類原則 分 類 類 型 按產(chǎn)生差壓的作用原理分類1）節(jié)流式；2）動壓頭式；3）水力阻力式；4）離心式；5）動壓增益式；6）射流式按結(jié)構(gòu)形式分類1）標(biāo)準(zhǔn)孔板；2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；3）經(jīng)典文丘里管；4）文丘里噴嘴；5）錐形入口孔板；6）1/4圓孔板；7）圓缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整體（內(nèi)藏）孔板；11）線性孔板；12）環(huán)形孔板；13）道爾管；14）羅洛斯管；15）彎管；16）可換孔板節(jié)流裝置；

9、17）臨界流節(jié)流裝置按用途分類1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置；2）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置；3）臟污流節(jié)流裝置；4）低壓損節(jié)流裝置；5）小管徑節(jié)流裝置；6）寬范圍度節(jié)流裝置；7）臨界流節(jié)流裝置；流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表應(yīng)用動壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測流量應(yīng)用動壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測流量 節(jié)流元件附近流速和壓力分布情況 檢測原理檢測原理當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小?；A(chǔ)：基礎(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。壓差影響因素：壓差影響

10、因素：流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 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 /20pFQ 質(zhì)量流量 pF20式中 流量系數(shù) 節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開孔直徑、流 體流動狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，值可直接從有關(guān)手冊中查出。 流束膨脹系數(shù) F0節(jié)流裝置的開孔截面積 流體密度 節(jié)流裝置前后實際測得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 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)簡單，安裝方便，

11、適合大流量的測量標(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(a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板(b) 噴嘴(c) 文丘里管流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 環(huán)室取壓 單獨鉆孔取壓 法蘭取壓 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴取壓方式 標(biāo)準(zhǔn)孔板的幾種取壓方式 取壓方式取壓方式：角接取壓法孔板或噴嘴前后兩端面與管壁的夾處取壓 （標(biāo)準(zhǔn)孔板） 法蘭取壓法流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表選用考慮要點 安裝條件方面 流件前后有必要直管段長度 引壓管線 儀表性能方面(1) 精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍 壓力損失流體特性方面 流體物性參數(shù)的確定 (2)流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等環(huán)境條件方面流量檢測方法及儀表流量檢測

12、方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表4545(a)液體4545(b)氣體4545(c)蒸汽流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表引壓管內(nèi)徑與引壓管長度引壓管內(nèi)徑與引壓管長度引壓管內(nèi)徑 引壓管 mm 長度 m被測介質(zhì)1.61.64.54.59水、水蒸氣、干氣體791013濕氣體131313低中粘度油品131925臟液體252533+11223311445516655777(a) (b) (c)1取壓口取壓口 2放空閥放空閥 3貯氣罐貯氣罐 4貯液罐貯液罐5排放閥排放閥 6凝液罐凝液罐 7差壓變送器差壓變送器流量檢測方

13、法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 +2131、2切斷閥 3平衡閥HhDdP( )P( )P( )流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 要使儀表的指示值與通過管道的實際流量相符，必須做到以要使儀表的指示值與通過管道的實際流量相符，必須做到以下幾點：下幾點： （1 1）差壓變送器的壓差和顯示儀表的流量標(biāo)尺有若干種規(guī)格，）差壓變送器的壓差和顯示儀表的流量標(biāo)尺有若干種規(guī)格，選擇時應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。選擇時應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。 （2 2）在測量蒸汽和氣體流量時，常遇到工作條件的密度）在測量蒸汽和氣體流量時，常遇到工作條件的密度與設(shè)與設(shè)

14、計時的密度計時的密度cc不相同，這時必須對示數(shù)進行修正。不相同，這時必須對示數(shù)進行修正。（3 3）顯示儀表刻度通常是線性的，測量值（差壓信號）要經(jīng)過）顯示儀表刻度通常是線性的，測量值（差壓信號）要經(jīng)過開方運算進行線性化處理后再送顯示儀表。開方運算進行線性化處理后再送顯示儀表。 （4 4）節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。）節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。 （5 5）接至差壓變送器的壓差應(yīng)該與節(jié)流裝置前后壓差相一致，）接至差壓變送器的壓差應(yīng)該與節(jié)流裝置前后壓差相一致，這就需要正確安裝差壓信號管路。這就需要正確安裝差壓信號管路。 hAgVhQphQAgVhMphMAgVpppAppgVfftffftfftft)(22)(2

15、2)()()(2121流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計差動變壓器差動變壓器T1電動顯示部分：電動顯示部分：差動變壓器差動變壓器T2放大器放大器可逆電機可逆電機凸輪凸輪顯示機構(gòu)顯示機構(gòu)流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表差動變壓器的結(jié)構(gòu)與原理差動變壓器的結(jié)構(gòu)與原理組成：鐵芯，骨架，初級線圈組成：鐵芯，骨架，初級線圈(繞在骨架的內(nèi)層，同相串聯(lián)繞在骨架的內(nèi)層，同相串聯(lián))，次級線圈次級線圈(繞在骨架的外層，反相串聯(lián)繞在骨架的外層，反相串聯(lián))。流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表圖3-10 差動變壓器結(jié)構(gòu)鐵芯處于中間位置時：e1=e2u=e1-e2=0鐵芯上移時：e1，e2u=e

16、1-e20鐵芯下移時：e1，e2u=e1-e20時，T1 鐵芯上移.e1e12uab放大可逆電機轉(zhuǎn)動凸輪轉(zhuǎn)動T2鐵芯上移e3e34uabe12-e34=0可逆電機停顯示Qe2e4流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表02 ()twvwVgqhA2 ()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表用一個用水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計來測量苯的流量，流量計的讀數(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，求苯的實際流量是多少？hmQQwftfwty/08.3111. 128831.

17、 0) 192. 7(1)831. 092. 728)()(30（苯例已知：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： 解所以苯的實際流量是31.08m3/h。fwftfwtfftfwwtQQAgVhQAgVhQ)()()(2: )(2:00實際液水標(biāo)定0,00000()()tftffftfQQQ0000ffffpTQQpT流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表某廠用轉(zhuǎn)子流量溫度為27,表壓為0.16MPa的空氣流量,問轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為38Nm3/h時,空氣的實際流量是多少?例已知：Q0=

18、38Nm3/h，p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,T1=27+273=300K，T0=293K,p0=0.10133MPa,1=2=1.293kg/Nm3解所以苯的實際流量是60Nm3/h0000ffffpTQQpT流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表轉(zhuǎn)子流量計用來測量水蒸汽流量時,若將蒸汽流量換算為水流量時,可用公式: (3) 蒸汽流量測量時的換算fwfftwtMQ)()(0ffffffwfftwtMQMMQ156.29:10009 . 719 . 7)()(00簡化若已知某飽和蒸汽(溫度不超過200)流量值時,可從上式換算成相應(yīng)的水流量值,然后按轉(zhuǎn)子流量計選擇合適口徑的

19、儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表應(yīng)用容積法檢測流量應(yīng)用容積法檢測流量 單位時間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù) 測量原理測量原理0nVV 設(shè)：V0計量室的容積 n轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)則排出的流體總量 根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：橢圓齒輪流量計（液體型） 腰輪流量計（氣體型和液體） 刮板式流量計（液體型）流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表腰輪流量計腰輪流量計測量原理測量原理腰形輪每轉(zhuǎn)動一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。 04nVV 計量室體積腰輪轉(zhuǎn)速體積流量流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 腰輪流量計 腰輪流量計是一種容積式流量測量儀表，用以測量封閉管中流體的體積流量。 就地顯示累積流量，并有遠傳輸出接口，與相應(yīng)的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器和流量積算儀配套，可進行遠程測量，顯示和控制。 精度高，重復(fù)性好，范圍度大，對流量計前后直管段要求不高。 適用較高粘度流體，流體粘度變化對示值影響較小。 適用無腐蝕性能的流體，如原油，石油制品(柴油,潤滑油等)。 缺點: (1)被測介質(zhì)中不能含有固體顆粒,不能夾雜機械物 (2)使用溫度有一定的要求,溫度過高,易卡死 (3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工成本高,使用不當(dāng),或時間過久,易發(fā)生泄漏腰輪流量計腰輪流