差壓式流量測量系統(tǒng)（課件）

1、 流量檢測及儀表 流量是過程控制中的主要參數(shù)之一。1.1 流量測量的基本知識一、定義1、 瞬時流量：單位時間內(nèi)通過某一截面的流體數(shù)量。2、體積流量：單位時間內(nèi)流過的體積， qv。單位為m3s3、質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)流過的質(zhì)量，qm。單位為kgs質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系：qm qv 為流體密度。3、平均流量：流過的總量除以時間。 4、積分流量（累積流量）：一段時間內(nèi)流過某一截面流體的總量，是瞬時流量對該段時間的積分。瞬時流量與累積流量的關(guān)系：注意：求質(zhì)量流量時，由于流體的密度受流體工作狀態(tài)的影響，在用體積流量表示時，要給出流體的壓力和溫度。對于液體，壓力變化對密度的影響非常小，一般可以忽略不計；

2、溫度對密度的影響要大一些，一般溫度每變化10，液體的密度變化約在1以內(nèi)。 二、流量測量方法1、按輸出信號分脈沖信號輸出，例：渦輪流量計，渦街流量計模擬信號輸出，例：差壓流量計、轉(zhuǎn)子流量計2、按測量原理分容積法:利用液體單位時間內(nèi)連續(xù)通過固定體積的數(shù)目。橢圓齒輪流量計, 腰輪流量計，刮板式流量計速度法:以測量流體在管道內(nèi)的流動速度作為測量依據(jù)的儀表。差壓流量計，渦輪流量計，渦街流量計，電磁流量計，超聲波流量計。質(zhì)量式：以測量流體質(zhì)量作為測量依據(jù)的儀表三、常用術(shù)語1、流量范圍流量量程，流量計的量程比。2、額定流量 規(guī)定性能或最佳性能3、流量計特性曲線4、流量系數(shù) 實際流量與理論流量的比值5、儀表系

3、數(shù) 單位體積流量對應(yīng)的信號脈沖數(shù)6、重復(fù)性 連續(xù)多次測量同一流量給出相同結(jié)果的能力7、線性度 整個量程上的特性曲線偏離最佳擬合直線的程度1.2 速度式流量計一 工作原理：直接測量管道內(nèi)流體的速度測流量。如測得是平均流速 ，則容積流量 ，如測得是某點流速v，則體積流量 ，K為平均流速與被測點流速的比值。 1）注意事項：因使用平均流速，故其測量結(jié)果的準(zhǔn)確度不僅與儀表本身有關(guān)，而且與截面上的流速分布情況有關(guān)。因此在測量儀表前后有足夠長的直管段或加裝整流器。 2）要充分了解被測流體的速度分布。常用種類差壓式，渦輪式，渦街式，電磁式，超聲波式，熱式。1.3 差壓式流量測量方法1、 工作原理：伯努利定律，

4、通過測量流體流動過程中產(chǎn)生的差壓來測量流速或流量。2 、種類：畢托管、均速管、節(jié)流變壓降流量計。流體伯努利方程流速分布數(shù)學(xué)模型1、層流狀態(tài)2、紊流狀態(tài)流速分布-尼古拉茲模型n與雷諾數(shù)有關(guān)兩點法單點法一、畢托管1、差壓和流速關(guān)系（1）不可壓縮流體：按照伯努利方程，畢托管頭部流速v，全壓p0，靜壓p關(guān)系有：對可壓縮流體：1：可壓縮性校正系數(shù)，流體為液體時 0 （2）（3）由于各種誤差存在，流速和差壓的公式還要乘以校正系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)畢托管為12、畢托管的結(jié)構(gòu)1）對畢托管部件尺寸有要求；2）測量時必須將畢托管固定，3）畢托管探頭的軸線必須與管道中心軸線平行，4）前后要有足夠長的直管段形成典型流速分布3 、

5、平均流速的測量(1)畢托管只能測管道某一點的流速，并不是平均流速。(2)在層流中，平均流速從管壁算起為y=0.2929R處(3)紊流由于截面的流速與雷諾數(shù)有關(guān)，故用實驗法在截面上取若干個測點處,確定平均流速.推薦用“對數(shù)線性”方法確定測點位置。圓形取3或5個，各點權(quán)值相同。矩形取26個 ，各點的權(quán)值不同。 1、起因： （1）畢托管的問題：用實驗法求平均流速，計算繁瑣，測試時間長，且只應(yīng)用于穩(wěn)定工況及大口徑流量計。（2）均速管（阿牛巴、威立巴）可自動平均各測點得到的差壓，求取截面的平均流速和體積流量。二 、均速管全壓孔檢測桿全壓均值管靜壓引壓管靜壓孔1)均速管的迎流面上有四個取壓孔，測取此四點的

6、全壓，取平均后被引出；此四孔的位置用切比雪夫數(shù)值積分法確定r1/R=0.4597 ,r2/R=0.8881(r為取壓孔距管道中心的距離）2）另一壓力由均速管背流面的管道中心處取得3）用上兩壓力差代表平均流速和體積流量。2、均速管的工作過程 4）均速管流量公式：流量系數(shù)，制造廠給出修正系數(shù)（規(guī)定的雷諾數(shù)、結(jié)構(gòu)和流體狀態(tài)），KRe雷諾數(shù)偏離的修正系數(shù)，K可壓縮修正系數(shù)，K流體狀態(tài)修正系數(shù)1）其前直管段7-24D，后直管段3-4D2）D=252500mm，工作壓力=5MPa,工作溫度104,流速要求，氣體5m/s,液體0.5m/s，蒸汽9m/s以上。2）均速管的特點：結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，價格低，

7、壓力損失小，適用管徑范圍寬。缺點：差壓輸出小，靈敏度低，量程比?。?：1），很難用于帶塵氣流的測量。3、均速管的使用及特點三、節(jié)流變壓降流量計節(jié)流流量計（占整個流量儀表的70），節(jié)流式流量計也稱為差壓式流量計，它是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中流量測量最成熟、最常用的方法之一。如果在管道中安置一個固定的阻力件，它的中間是一個比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件的小孔時，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn) 生一個較大的壓差，壓差的大小與流體流速的大小有關(guān)，流速愈大，差壓也愈大，因此只要測出差壓就可以推算出流速，進而可以計算出流體的流量。把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的

8、過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。作為流量檢測用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。對于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件，在設(shè)計計算時都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序，可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時不必進行標(biāo)定。特殊節(jié)流件主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實驗方法單獨標(biāo)定。相比而言，標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡單，使用也最廣泛，以下以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例來介紹。節(jié)流原理流動流體的能量有兩種形式：靜壓能和動能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動速度而具有動能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。123流速靜壓流量方程123流速靜壓根據(jù)

9、流體力學(xué)中的伯努利方程，可以推導(dǎo)得出節(jié)流式流量計的流量方程，也就是差壓和流量之間的定量關(guān)系式： 為流量系數(shù) 為可膨脹性系數(shù)A0為節(jié)流件的開孔面積 為節(jié)流裝置前的流體密度P節(jié)流裝置前后實際測得的壓差 主要與節(jié)流裝置的型式、取壓方式、流體的流動狀態(tài)（如雷諾數(shù)）和管道條件等因素有關(guān)。因此，是一個影響因素復(fù)雜的綜合性參數(shù)，也是節(jié)流式流量計能否準(zhǔn)確測量流量的關(guān)鍵所在，雷諾數(shù)大于某一數(shù)值（界限雷諾數(shù)）時，值可認(rèn)為是一常數(shù)。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，可以從有關(guān)手冊中查出；對于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其值要由實驗方法確定。可膨脹性系數(shù)用來校正流體的可壓縮性，它與節(jié)流件前后壓力的相對變化量、流體的等熵指數(shù)等因素有關(guān)，其取值范圍

10、小于等于1。對于不可壓縮性流體，1；對于可壓縮性流體，則1。應(yīng)用時可以查閱有關(guān)手冊而得1、檢測原理2、流量公式1）不可壓縮流體的流量公式 流量系數(shù)流出系數(shù)=d/D節(jié)流件開口面積2）可壓縮流體 將公式中使用節(jié)流前的流體密度 1，將可壓縮性對流量的影響流速膨脹系數(shù)來修正(不可壓縮流體 1）故流量公式可統(tǒng)一寫為：4、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置和節(jié)流件前后直管段（節(jié)流件前10D，后5D）三部分組成。上游第二阻流件下游第一阻流件直管段上游第一阻流件節(jié)流件1)開孔直徑d=12.5mm根據(jù)計算得到，測量在上游端進行，最好是在四個大致相等的角度上測量直徑，求其平均值。要求各個單測值與平

11、均值之差在0.05%范圍內(nèi)。2)孔板進口圓筒形部分應(yīng)與管道同心安裝。3)孔板進口邊緣應(yīng)是嚴(yán)格的直角，不能有毛刺和可見的反光。1、 標(biāo)準(zhǔn)孔板eEd4)e的尺寸：0.005De0.02D5)孔板厚度E滿足 eEPs 正壓導(dǎo)管泄漏，而流量上升時，變送器輸出增加當(dāng)：P0流量下降時，對變送器(變送器本身進行輸出信號開方)輸出的影響 實際上，當(dāng)泄漏量非常小的時候，由于種種原因，工藝操作或儀表維修護人員很難發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)泄漏量大，所測流量與實際流量相比有較大誤差時才會發(fā)現(xiàn)，這時即使是實際流量上升，總是P0 PS，即： P2 P1，F(xiàn)2h-時 變送器實際測得的差壓增大，輸出流量信號變大。即：變送器測量輸出的流量信號與實際流量不符，產(chǎn)生測量誤差。這里，由于正壓導(dǎo)管取壓方式的原因，隨著時間的增加，h+逐漸大于h-，測得