第三章流量檢測

第三章

流量檢測流量一般所講的流量大小是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時流量。而在某一段時間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值，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M表示，以體積表示的稱為體積流量，常用符號Q表示。若流體的密度是ρ，則體積流量與質(zhì)量流量之間的關系是M=ρQ或Q=M/ρ累積體積流量累積質(zhì)量流量測量流體流量的儀表一般叫流量計；測量流體總量的儀表常稱為計量表。常用的流量單位有噸每小時(t／h)、千克每小時(kg／h)、千克每秒(kg／s)、立方米每小時(m3／h)、升每小時(L／h)、升每分(L／min)等。測量流量的方法很多，其測量原理和所應用的儀表結(jié)構(gòu)形式各不相同。目前有許多流量檢測的分類方法，我們僅舉一種大致的分類法，簡介如下:1．速度式流量儀表2．容積式流量計3．質(zhì)量式流量計這是一種以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦輪流量計、堰式流量計等。

這是一種以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。以測量流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計，例如慣性力式質(zhì)量流量計、補償式質(zhì)量流量計等。它具有被測流量的數(shù)值不受流體的溫度、壓力、黏度等變化的影響，是一種在發(fā)展中的流量測量儀表。第一節(jié)差壓式流量計

測量對象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面：從幾毫米到幾米；流動條件：亞音速流、臨界流、脈動流歷史悠久、技術(shù)成熟、應用最廣泛。節(jié)流式特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應能力強，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

一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式

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狀態(tài)。流動流體的能量有兩種形式，即靜壓能和動能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于流體有流動速度而具有動能。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能，再加上克服流動阻力的能量損失，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

流量基本方程式根據(jù)流體力學的伯努力方程和流體的連續(xù)性方程，可以推導出流量與壓差之間的流量方程式，即體積流量質(zhì)量流量

式中α——流量系數(shù)

ε——流束膨脹系數(shù)

A0——節(jié)流裝置的開孔截面積

ρ——流體密度

Δр——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標準節(jié)流裝置最常用的節(jié)流裝置孔板、噴嘴、文丘里管等標準化，并稱為“標準節(jié)流裝置”。采用標準節(jié)流裝置進行設計計算時都有統(tǒng)一標準的規(guī)定、要求和計算所需要的通用化實驗數(shù)據(jù)資料。需要時可查閱有關的手冊或資料。標準節(jié)流元件標準孔板結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適合大流量的測量標準噴嘴標準文丘里管結(jié)構(gòu)復雜，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方法及儀表1—低壓室2—高壓室3—測量元件（膜盒、膜片）

4—軸封膜片5—主杠桿6—過載保護片7—靜壓調(diào)整螺釘

8—矢量機構(gòu)9—零點遷移彈簧10—平衡錘11—量程調(diào)整螺釘12—檢測片（銜鐵）13—差動變壓器14—副杠桿15—放大器16—反饋動圈

17—永久磁鋼18—電源19—負載20—調(diào)零彈簧

測量機構(gòu)杠桿機構(gòu)檢測放大機構(gòu)反饋機構(gòu)

三、力矩平衡式差壓變送器

四、差壓式流量計的測量誤差造成測量誤差的原因1．被測流體工作狀態(tài)的變動2．節(jié)流裝置安裝不正確3．孔板入口邊緣的磨損4．導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏等現(xiàn)象5．差壓計安裝或使用不正確轉(zhuǎn)子流量計變面積式測量方法示意圖

檢測原理錐形管----由下往上逐漸擴大管轉(zhuǎn)子----阻力件

組成當流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時，由于受到流體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上運動。

流量基本方程式設：V——轉(zhuǎn)子的體積；

10?！D(zhuǎn)子材料的密度；

pf——被測流體的密度；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。

當轉(zhuǎn)子處于平衡時，則有

設:A0為環(huán)隙流通面積，則轉(zhuǎn)子流量計的體積流量為

轉(zhuǎn)子流量計指示值修正儀表出廠前標度：20℃，0.10133MP液體------水氣體------空氣

液體流量的修正氣體流量的修正

修改量程

用一個用水標定的轉(zhuǎn)子流量計來測量苯的流量，流量計的讀數(shù)為28m3/h，已知轉(zhuǎn)子密度為7920kg/m3的不銹鋼，苯的密度為0.831kg/L，求苯的實際流量是多少？

例已知：ρs=1kg/L，ρy=0.831kg/L，ρz=7.92kg/L，

QN=28m3/h，代入修正公式式可得：

解所以苯的實際流量是31.08m3/h。電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計

流量變送部分LZD系列電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計是用差動變壓器進行流量變送的。差動變壓器的結(jié)構(gòu)與原理。它由鐵心、線圈以及骨架組成。當鐵心處在差動變壓器兩段線圈的中間位置時，初級激磁線圈激勵的磁力線穿過上、下兩個次級線圈的數(shù)目相同，因而每個匝數(shù)相等的次級線圈中產(chǎn)生的感應電勢e1、e2相等。由兩個次級線圈系反相串聯(lián)，所以e1、e2相互抵消，從而輸出端4、6之間的總電勢為零?？傠妱莘Q為不平衡電勢，它的大小和相位由鐵心相對于線圈中心移動的距離和方向來決定。電動顯示部分

LZD系列電遠傳轉(zhuǎn)子流量計的原理漩渦流量計

漩渦流量計又稱渦街流量計。它可以用來測量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計量及節(jié)能管理中常用的新型流量儀表。漩渦流量計的特點是精確度高、測量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯?？ㄩT渦列當雷諾數(shù)達到一定的數(shù)值時，會在柱狀物的下游處產(chǎn)生如圖所示的兩列不對稱但有規(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h／L=0．281時，所產(chǎn)生的非對稱漩渦列才能達到穩(wěn)定。漩渦頻率的檢測方法有熱學法、電容法和差壓法等

鉑絲阻值的變化頻率漩渦頻率流體進入空腔頻率鉑絲溫度變化頻率第四節(jié)質(zhì)量流量計

質(zhì)量流量計則是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質(zhì)量流量計大致可分為兩大類。一類是直接式質(zhì)量流量計，它能夠直接得到與質(zhì)量流量成比例的信號，也就是說檢測元件能夠直接反映出質(zhì)量流量的大?。涣硪活愂茄a償式或推導式質(zhì)量流量計，它是同時檢測出體積流量和流體的密度，然后通過運算器得出與質(zhì)量流量成比例的輸出信號。

質(zhì)量流量的測量方法（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； 應用麥納斯效應的檢測方法 基于科里奧利力效應的檢測方法。（2）間接法：用兩個檢測元件分別測出兩個相應參數(shù)，通過運算間接獲取流體的質(zhì)量流量。

①ρqv2檢測元件和ρ檢測元件的組合；

②qv檢測元件和ρ檢測元件的組合；

③ρqv2檢測元件和qv檢測元件的組合。直接式質(zhì)量流量計

差壓式質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計主要由孔板和定流量泵組成

Pl-P3=4KqM

由上式可知，當K、q為常數(shù)時，只要測出孔板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。由于輸出信號為壓差(Pl—Pa)，與M成比例，且與流體密度無關，故稱直接式質(zhì)量流量計。補償式質(zhì)量流量計補償式質(zhì)量流量計是在分別測量兩個相應參數(shù)的基礎上，再通過一定形式的數(shù)學運算而間接地推導出質(zhì)量流量，下面介紹補償式質(zhì)量流量計的基本構(gòu)成原理。1．流速一密度補償法

M=Aρv

2．壓差一密度法

M=Apv=pQΔp=KρQ23.壓差-流速補償法第五節(jié)其他流量計1.靶式流量計腰輪流量計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。計量室體積腰輪轉(zhuǎn)速體積流量腰輪流量計

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)。

腰輪流量計

渦輪流量計當流體通過葉輪時，流體的動能使葉輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越高，動能就越大，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)速與流速成線性關系。四、電磁流量計電磁流量計通常由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的0～10mA或4～20mA直流信號作為輸出，以便進行指示、記錄或與電動單元組合儀表配套使用。電磁流量計變送部分的原理圖如圖3—21所示。在一段用非導磁材料制成的管道外面，安裝有一對磁極N和S，用以產(chǎn)生磁場。當導