流量檢測儀表

1、關(guān)于流量檢測儀表第一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1 流量概述總(流)量或累積流量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的流體的總和。它是瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分或積累。 流量：是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道或特定通道橫截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(shí)(平均)流量。有體積流量和質(zhì)量流量之分。 （1） 體積流量qv 單位時(shí)間內(nèi)通過某截面的流體的體積， 單位為m3/s。根據(jù)定義，體積流量可用下式表示： 式中，v為截面A中某一面積元dA上的流速。常用單位有 ：第二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2） 質(zhì)量流量qm 單位時(shí)間內(nèi)通過某截面的流體的質(zhì)量， 單位為kg/s。根據(jù)定義，質(zhì)量流量可用下式表示：

2、 則有 qm=qv=vA 單位有： (3) 流體總量 即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分，稱之流體總量。 用來測量流量的儀表統(tǒng)稱為流量計(jì)。測量總量的儀表稱為流體計(jì)量表或總量表。第三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 流量儀表的分類 速度式: 速度式流量傳感器大多是通過測量流體在管路內(nèi)已知截面流過的流速大小來實(shí)現(xiàn)流量測量的。 容積式: 容積式流量傳感器是根據(jù)已知容積的容室在單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來測量流體的瞬時(shí)流量和總量的。如：差壓式、電磁式、渦輪式、渦街式、超聲波式 質(zhì)量式：直接法：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、熱式間接法：溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償式質(zhì)量流量測量系統(tǒng)、 體積流量和密度計(jì)組合式質(zhì)量流量測量系統(tǒng)第

3、四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 利用管路內(nèi)的節(jié)流元件，改變流束流動(dòng)狀態(tài), 通過測量節(jié)流件前、后壓力差來實(shí)現(xiàn)確定流量。4.2差 壓 式 流 量 計(jì)節(jié)流裝置：是把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)（或差壓變送器）。差壓計(jì)：則對(duì)壓差信號(hào)進(jìn)行測量并顯示測量值常用的節(jié)流元件: 孔板、 噴嘴、 文丘里管。(b) 噴嘴(c) 文丘里管(a) 孔板第五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月差壓式流量傳感器流量測量系統(tǒng) 第六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月節(jié)流件前后流速和壓力分布情況能量形式的轉(zhuǎn)換截面A和節(jié)流件開孔截面A0的流體量相同截面A的速度v1截面A的速度v2v

4、2 v1動(dòng)壓能和靜壓能發(fā)生變化能量守恒定律孔板前后出現(xiàn)了靜壓差靜壓差流速和流量第七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用極限范圍內(nèi), 根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所提供的數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和安裝使用的節(jié)流件, 稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 文丘利管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大。 文丘利管孔板 噴嘴第八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月差壓式流量計(jì)是通過測量節(jié)流件前后壓力差p來實(shí)現(xiàn)流量測量的，而壓力差 p的值與取壓孔位置和取壓方式緊密相關(guān)。節(jié)流裝置的取壓方式有以下5種。取 壓 方式標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置是國家標(biāo)形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用于孔板和噴嘴，

5、而法蘭取壓僅用于孔板。節(jié)流裝置的取壓方式1-1角接取壓；2-2法蘭取壓；3-3徑距取壓；4-4縮流取壓；5-5管接取壓。第九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(1)角接取壓: 上下游取壓管位于孔板(或噴嘴)的前后端面處。角接取壓包括單獨(dú)鉆孔和環(huán)室取壓。如圖6-5中l(wèi)l位置。第十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 法蘭取壓：上下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間的距離均為25.40.8mm（1inch)。取壓孔開在孔板上下游側(cè)的法蘭上如圖6-5中22位置法蘭取壓第十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(5) 管接取壓：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為2

6、.5Dm，下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離為8Dm如圖中的55位置該方法使用很少(4) 理論取壓：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為l Dm0.1Dm，下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離因 值不同而異。該距離理論上就是流束收縮到最小截面的距離。如圖中的44位置。(3) 徑距取壓：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1Dm0.1Dm，下游側(cè)取壓孔的軸線至孔極下游端面的距離為0.5Dm。如圖37中的3.3位置（Dm管道直徑）第十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月流束最小截面在-截面處。 對(duì)于不可壓縮的理想流體，節(jié)流件前后的流體密度相等(1=2=)。當(dāng)忽略壓頭損失 時(shí)，

7、根據(jù)伯努利方程，在兩截面、處管中心流體的能量方程為： 4.2.2 差壓式流量計(jì)工作原理設(shè)-截面時(shí)管中心的流速為v1，靜壓為 ，密度為1，-截面時(shí)管中心的流速為v2、靜壓為 ，密度為2，假定流體的流速是均勻一致的，則由上式可得 ：(1)(2)第十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月由于流體流動(dòng)的連續(xù)性， 則 A1V1=A2V2 A1為-截面的流通面積；A2為-截面流束的流通面積。(3)被測流體的體積流量 為： 令流量系數(shù)與節(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(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。第十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 配用差壓計(jì)顯示流量時(shí)，流量

8、標(biāo)尺是非線性的。 配用差壓流量變送器時(shí)，變送器的輸出電流就與流量成線性關(guān)系。差壓流量計(jì)上限的系列有：1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.3、8.010 n第十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用條件 流體必須充滿圓管，連續(xù)地流過管道。只適于測量圓形截面管道內(nèi)的流體, 流束應(yīng)與管軸平行，不得有旋轉(zhuǎn)流或旋渦。在進(jìn)行流量測量時(shí), 管道內(nèi)流體的流動(dòng)應(yīng)是穩(wěn)定的。 流體流量基本上不隨時(shí)間而變化, 或者變化是非常緩慢的。 流體可以是可壓縮的氣體或不可壓縮的流體；但不適于脈動(dòng)流與臨界流。 流體必須是牛頓流體,在物理學(xué)和熱力學(xué)上是單相的,均勻

9、的或者可認(rèn)為是單相的,且流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變。節(jié)流裝置的制造和使用條件超出國家標(biāo)準(zhǔn)的極限時(shí), 必須標(biāo)定后才能安裝使用。第十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝 阻力件的存在，將會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂流束的分布狀態(tài)，引起流出系數(shù)C的變化。因此在節(jié)流件上下游側(cè)都必須有足夠長度的直管段。 L0213局部阻力件 1、2上游側(cè)只有一個(gè)局部阻力件1，則直管段就只需 L1及L2第十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.5 使用節(jié)流裝置應(yīng)注意的問題 1)被測流體參數(shù)的變化 當(dāng)流體參數(shù)偏離不大時(shí)，對(duì)流量方程式中系數(shù) 、C 、d的影響小, 可只考慮密度的變化。在相同的壓

10、差下，密度變化的修正公式為：或式中： 和- 設(shè)計(jì)條件下的流體體積流量和質(zhì)量流量，即流量計(jì)的顯示值；和- 實(shí)際使用條件下的流體體積流量和質(zhì)量流量,實(shí)際值；和- 設(shè)計(jì)條件下和實(shí)際使用條件下的流體密度。第十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于一般氣體，修正公式為或 式中: 設(shè)計(jì)條件和使用條件下的氣體絕對(duì)壓力； 設(shè)計(jì)條件下的氣體絕對(duì)溫度：第十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例1：有一節(jié)流式流量計(jì)，用于測量水蒸汽流量，設(shè)計(jì)時(shí)的水蒸汽密度為=8.93kg/m3。但實(shí)際使用時(shí)被測介質(zhì)的壓力下降，使實(shí)際密度減小為=8.12kg/m3。試求當(dāng)流量計(jì)的讀數(shù)為8.5kg/s時(shí)，實(shí)際流量是多少

11、？由于密度的變化使流量指示值產(chǎn)生的相對(duì)誤差為多少？解：當(dāng)密度變化時(shí)，實(shí)際流量可按下式求得： kg/s相對(duì)誤差為：第二十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.1 工作原理當(dāng)被測流體垂直于磁力線方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，如圖所示， 根據(jù)右手定則，在與流體流向和磁力線垂直方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢Ex（伏）為: Ex = BDV10-8, V B - 磁感應(yīng)強(qiáng)度，Wbm2 4.3 電磁流量計(jì)該感應(yīng)電勢大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、 管徑大小、流體流速大小有關(guān)第二十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月體積流量qv與流體流速v的關(guān)系為 可得 式中， K為儀表常數(shù)， B、D固定不變，則K為常數(shù)，Ex與流量q

12、v成線性關(guān)系，通過測量感應(yīng)電動(dòng)勢Ex來間接測量被測流體的流量qv值。 第二十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月在半個(gè)周期內(nèi)，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小。從整個(gè)時(shí)間過程看，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，所以它能克服直流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好的勵(lì)磁方式，目前已在電磁流量計(jì)上廣泛的應(yīng)用低頻方波勵(lì)磁 (a)交流勵(lì)磁 (b)矩形波(2值)勵(lì)磁 (c)矩形波(3值)勵(lì)磁 (d)雙頻矩形波勵(lì)磁第二十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4超聲波流量計(jì)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動(dòng)流體中的傳播速度不同。超聲波的接收和發(fā)射稱換能

13、器，換能器既可兼作聲波的收和發(fā)，也可以分開進(jìn)行。當(dāng)前封閉管道用USF主要是傳播時(shí)間法和多普勒效應(yīng)法第二十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月直式安裝斜插式安裝多普勒流量計(jì) 第二十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月流量測量原理 在被測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測量兩接收探頭上超聲波傳播的時(shí)間差t，可得到流體的平均速度及流量。 第二十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月f1 f2通過測量順流和逆流時(shí)超聲

14、脈沖的重復(fù)頻率差去測量流速。在單通道法中脈沖重復(fù)頻率是在一個(gè)發(fā)射脈沖被接收器接收之后，立即發(fā)射出一個(gè)脈沖，這樣以一定頻率重復(fù)發(fā)射，對(duì)于順流和逆流重復(fù)發(fā)射頻率為：第二十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)第二十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。多普勒法多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量.多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家 Christian Doppler 1842年發(fā)

15、現(xiàn)的，通過運(yùn)動(dòng)火車的鳴笛聲音的高低與火車的速度有關(guān)系.當(dāng)單色光束入射到運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動(dòng)速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。第三十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1) 流速方程式多普勒頻移正比于散射體流動(dòng)速度：超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸洌⑸涞某暡óa(chǎn)生多普勒頻移fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波，其值為： 速度：第三十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普勒頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設(shè)流體沒有速度梯度，

16、以及粒子是均勻分布的，可得方程2) 流量方程式對(duì)于實(shí)際含有大量粒群的流體，換能器接收到的反射信號(hào)只能是發(fā)生器和接收器的兩個(gè)指向性波束重疊區(qū)域內(nèi)顆粒的反射波，換能器所收到的信號(hào)就是反射波疊加的平均值。第三十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例：多普勒流量計(jì)測污水管道內(nèi)的流體流量，若流體流速為12m/s，發(fā)送的聲波和流體的流向夾角為45，發(fā)射波的頻率為1MHz，超聲波在水中的速度為1482m/s，求發(fā)射和接收信號(hào)之間的頻率差？已知：流體的流速（可視為散射質(zhì)點(diǎn)的流速） ，發(fā)射和接收聲波與流體的流動(dòng)方向的夾角 ，超聲波在靜止水中的傳播速度， ，發(fā)射超聲波的頻率 。故多普勒超聲波流量計(jì)的頻移

17、為解 多普勒超聲波流量計(jì)的頻移公式為 第三十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5 卡門渦街流量計(jì)圓柱體三角柱體Q = A0(d/St)(11.27) f 式中 A0 管道截面積，m2。渦街流量計(jì)適用于測量液體、氣體、蒸汽的單相介質(zhì)流量，滿管式渦街流量計(jì)管徑范圍 25mm250mm插入式管徑范圍 2502000mm。 第三十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月在三角柱的兩側(cè)面各有相同的彈性金屬膜片，內(nèi)充硅油，旋渦引起的壓力波動(dòng)，使兩膜片與柱體間構(gòu)成的電容產(chǎn)生差動(dòng)變化。其變化頻率與旋渦產(chǎn)生的頻率相對(duì)應(yīng)，故檢測由電容變化頻率可推算出流量。(1) 電容檢測法常用渦街頻率檢測方法在

18、三角柱中央或其后部插入嵌有壓電陶瓷片的桿，桿端為扁平片，產(chǎn)生旋渦引起的壓力變化作用在桿端而形成彎矩，使壓電元件出現(xiàn)相應(yīng)的電荷。此法技術(shù)上比較成熟，應(yīng)用較多，已有系列化產(chǎn)品。 (2) 應(yīng)力檢測法第三十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 熱敏檢測法 在圓柱體下端有一段空腔，被隔板分成兩側(cè)，中心位置有一根細(xì)鉑絲，它被加熱到比所測流體溫度略高10左右，并保持溫度恒定。產(chǎn)生旋渦引起的壓力變化，流體向空控內(nèi)流動(dòng)，穿過空腔將鉑絲上的熱量帶走，鉑絲溫度下降，電阻值變小。其變化頻率與旋渦產(chǎn)生的頻率相對(duì)應(yīng)，故可通過測量鉑絲阻值變化的頻率來推算流量。 (4) 超聲檢測法 在柱體后設(shè)置橫穿流體的超聲波

19、束，流體出現(xiàn)旋渦將使超聲波由于介質(zhì)密度變化而折射或散射，使收到的聲信號(hào)產(chǎn)生周期起伏，經(jīng)放大得到相應(yīng)于流量變化的脈沖信號(hào)。第三十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月h1222r2RR-rP2P14.6 轉(zhuǎn)子流量計(jì)由錐形玻璃管和浮子組成，浮子能在垂直安裝的錐形玻璃管內(nèi)上下移動(dòng)。被測流體自下向上流過管壁與浮子之間環(huán)隙時(shí)，托起浮子向上，這時(shí)管與浮子之間的環(huán)隙面積增大，直到浮子處在一個(gè)力平衡位置。流量變化時(shí)浮子兩邊壓差所形成的力也隨之變化，使浮子又在一個(gè)新的位置上重新平衡，浮子浮起的高度即為流量計(jì)的讀數(shù)。第三十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月fVfgVfgPAfFf由伯努利方程，得由（1）和（2）得A0浮子穩(wěn)定處環(huán)形通道面積當(dāng)浮子穩(wěn)定在錐形管某高度，忽略流體對(duì)浮子的摩擦力（忽略） 重力=浮力+壓差力 Af浮子最大截面