流量儀表基礎(chǔ)知識

流量儀表基礎(chǔ)知識鄂爾多斯分公司儀表專業(yè)2016年初級工鑒定培訓(xùn)主講人：湯乾光創(chuàng)一流品牌建百年機電一、流量的概念與分類創(chuàng)一流品牌建百年機電1、概念：單位時間內(nèi)通過管道中某橫截面的流體數(shù)量。2、根據(jù)時間的不同，分類為：（1）瞬時流量：單位時間內(nèi)通過管道中某橫截面的流體數(shù)量。 單位：m3/h、L/h、Kg/h等。用途：常用于操作、監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程。（2）累積流量：某一段時間內(nèi)通過管道中某橫截面的流體數(shù)量。單位：m3、L、Kg、T等。用途：常用于經(jīng)濟核算，如水表、煤氣表等民用及工業(yè)用計量表。3、根據(jù)檢測量的不同，分類為：（1）體積流量：單位時間內(nèi)通過管道中某橫截面的流體體積數(shù)量。單位：m3/h、L/h等（2）質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)通過管道中某橫截面的流體質(zhì)量數(shù)量。單位：Kg/h、T/h等4、相互換算：（1）累積流量=瞬時流量×累積時間（2）質(zhì)量流量=體積流量×流體質(zhì)量二、流量檢測方式：創(chuàng)一流品牌建百年機電1、檢測方法：（1）體積流量：直接法：又稱容積法。以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)。常見儀表：橢圓齒輪流量計、羅茨流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、刮板流量計等。

圖1橢圓齒輪流量計

圖2刮板流量計間接法：又稱速度法：以測量流體在管道中的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。常見儀表：

節(jié)流式檢測儀表、電磁流量計、渦街流量計、浮子流量計、超聲波流量計、渦輪流量計。質(zhì)量流量：直接法：差壓式直接質(zhì)量流量計、科氏力質(zhì)量流量計間接法：推導(dǎo)式質(zhì)量流量計三、差壓式流量計：節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，是煉油、化工行業(yè)中使用最廣泛的一種流量測量儀表。圖3標(biāo)準(zhǔn)孔板的基本結(jié)構(gòu)創(chuàng)一流品牌建百年機電1、節(jié)流裝置測量原理創(chuàng)一流品牌建百年機電在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。應(yīng)用節(jié)流元件測量流量就是利用這個原理來實現(xiàn)的。節(jié)流裝置是在充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的一種流裝置，流束將在節(jié)流處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差（或稱節(jié)流式流量計）節(jié)流裝置的流量公式可以寫成：

Q=K△P2、節(jié)流裝置分類：創(chuàng)一流品牌建百年機電（1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管（和文丘里噴嘴）。這3（4）種節(jié)流元件歷史悠久，實驗數(shù)據(jù)完整，產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化，所以稱它們?yōu)椤皹?biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。圖4標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（2）非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：如雙重孔板，圓缺孔板、內(nèi)藏孔板、偏心孔板、1/4圓噴嘴、V錐等。由于形狀特殊，研究尚不深透，缺乏足夠的實驗數(shù)據(jù)，所以尚未標(biāo)準(zhǔn)化，故稱它們?yōu)樘厥夤?jié)流裝置。這類特殊裝置設(shè)計制造后，必須先進行標(biāo)定，然后才能使用。3、節(jié)流裝置的取壓方式創(chuàng)一流品牌建百年機電節(jié)流裝置的取壓方式，就孔板而言有5種，就噴嘴而言只有角接取壓和徑距取壓兩種。(1)角接取壓：上，下游側(cè)取壓孔軸心線與孔板（噴嘴）前后端面的檢舉各等于取壓直徑的一半，或等于取壓環(huán)隙寬度的一半，因而取壓孔穿透處與孔板端面正好相平。角接取壓包括環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓。(2)法蘭取壓：上，下游側(cè)取壓孔中心至孔板前后端面的間距均為（25.4±0。8mm）。又叫一英寸取壓法。(3)徑距取壓：上游側(cè)取壓孔中心與孔板（噴嘴）前端面的距離為1D，下游側(cè)取壓孔中心與孔板（噴嘴）后端面的距離為1D/2。(4)理論取壓法：上游側(cè)的取壓孔中心至孔板前端面的距離為1D±0.1D；下游側(cè)的取壓孔中心線至孔板后端面的間距隨β=d/D的值大小而異。(5)管接取壓：上游側(cè)取壓孔的中心線距孔板前端面為2.5D，下游側(cè)取壓孔中心線距孔板后端面為8D。創(chuàng)一流品牌建百年機電圖5標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的確取壓方式四、電磁流量計：創(chuàng)一流品牌建百年機電根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，用來測量導(dǎo)電流體的體積流量。1、測量原理：基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即當(dāng)導(dǎo)電液體流過電磁流量計時，導(dǎo)體液體中會產(chǎn)生與平均流速V（體積流量）成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號通過兩個與液體接觸的電極檢測，通過電纜傳至放大器，然后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號?；陔姶帕髁坑嫷臏y量原理，要求流動的液體具有最低限度的電導(dǎo)率。創(chuàng)一流品牌建百年機電圖6電磁流量計2、優(yōu)點：①電磁流量計沒有可動部件、節(jié)流部件，不會引起壓力損失，不會引起磨損，堵塞等問題?？赏ㄟ^附上耐腐蝕絕緣襯里和選擇耐腐材料制成電極，可用于各種腐蝕性介質(zhì)的測量．②電磁流量計是一種體積流量測量儀表，不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率(在一定范圍內(nèi))的影響。經(jīng)水標(biāo)定以后，就可以用來測量其它導(dǎo)電性液體的流量，而不需要附加其它修正。③電磁流量計的量程范圍極寬，量程比可達1：100。此外。④電磁流量計無機械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好。3、缺點：①不能用于測量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體．②不能用來測量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，被測液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10－5（S/cm），相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率．對石油制品或者有機溶劑等還無能為力。③由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制，工業(yè)電磁流量計還不能測量高溫高壓流體。④電磁流量計受流速分布影響，在軸對稱分布的條件下，流量信號與平均流速成正比．所以，電磁流量計前后也必須有一定長度的前后直管段．⑤電磁流量計易受外界電磁干擾的影響。創(chuàng)一流品牌建百年機電五、渦街流量計：創(chuàng)一流品牌建百年機電旋渦流量計是由旋渦發(fā)生體和頻率檢測器構(gòu)成的變送器、信號轉(zhuǎn)換器等環(huán)節(jié)組成?？蓹z測Re在5×103--7×106范圍的液體、氣體蒸汽流體流量。1、檢測原理是依據(jù)卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。在流動的流體中，若垂直流動方向放置一個圓柱體，如圖。六、轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計又稱面積流量計或恒壓降式流量計，也是以流體流動時的節(jié)流原理為基礎(chǔ)的一種流量測量儀表。1、轉(zhuǎn)子流量計的原理：轉(zhuǎn)子流量計是由一段向上擴大的圓錐形管子和密度大于被測介質(zhì)密度，且能隨被測介質(zhì)流量大小上下浮動的轉(zhuǎn)子組成。當(dāng)流體自下而上流過錐管時，轉(zhuǎn)子因受到流體的沖擊而向上運動。隨著轉(zhuǎn)子的上移，轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)型流通面積增大，流體流速減低，沖擊作用減弱，直到流體作用在轉(zhuǎn)子上向上的推力與轉(zhuǎn)子在流體中的重力相平衡。此時，轉(zhuǎn)子停留在錐形管中某一高度上。如果流體的流量再增大，則平衡時轉(zhuǎn)子所處的位置更高；反之則相反。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)子懸浮的高低就可測知流體流量的大小。創(chuàng)一流品牌建百年機電2、轉(zhuǎn)子流量計的種類和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子流量計一般按錐形管材料的不同，可分為玻璃管轉(zhuǎn)子流量計和金屬管轉(zhuǎn)子流量計兩大類。前者一般為就地指示型，后者一般制成流量變送器。金屬管轉(zhuǎn)子流量計按轉(zhuǎn)換器不同又可分為氣遠(yuǎn)傳，電遠(yuǎn)傳，指示型，報警型，帶計算型等；按其變送器的結(jié)構(gòu)和用途又可分為基型，夾套保溫型，耐腐蝕型，高溫型，高壓型等。3、轉(zhuǎn)子流量計的特點可測多種介質(zhì)的流量，特別適用于測量中小管徑雷諾數(shù)較低的中小流量；壓力損失小且穩(wěn)定；反應(yīng)靈敏，量程較寬（約10：1），示值清晰，近似線性刻度；結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用維護方便，還可測有腐蝕性的介質(zhì)流量。但轉(zhuǎn)子流量計的精度受測量介質(zhì)的溫度，密度和黏度的影響，而且儀表必須垂直安裝等。

流體必須自下而上，必須垂直安裝！創(chuàng)一流品牌建百年機電七、質(zhì)量流量計

1、直接法：科氏力質(zhì)量流量計，是目前應(yīng)用較多，發(fā)展較快的一種直接式質(zhì)量流量計。它由傳感器、變送器、顯示器組成。原理:科里奧利加速度理論。通過激勵線圈使測量管產(chǎn)生振動，而流量的導(dǎo)入使測量管在科氏力的作用下產(chǎn)生一中扭曲，該扭曲信號與質(zhì)量流量成正比。再通過檢測器、放大器將信號轉(zhuǎn)換成與質(zhì)量流量計成正比的4-20mA模擬信號輸出?？剖狭|(zhì)量流量計與溫度，壓力，密度和黏度等參數(shù)的變化無關(guān)，無需進行任何補償，故稱為直接式質(zhì)量流量計。創(chuàng)一流品牌建百年機電創(chuàng)一流品牌建百年機電間接法：推導(dǎo)式質(zhì)量流量計推導(dǎo)式質(zhì)量流量計是一種體積流量測量裝置，它的輸出需經(jīng)過補償后才能換算成質(zhì)量流量，它的實現(xiàn)方法有很多，如由流量變送器和密度計組合成的質(zhì)量流量計；如溫度、壓力補償式質(zhì)量流量計，在測出管道中被測流體的體積流量的同時，也測出被測點的介質(zhì)溫度和壓力，并對上述三者進行適當(dāng)運算后，即可求得質(zhì)量流量。創(chuàng)一流品牌建百年機電八、超聲波流量計：超聲波流量計是通過檢測流體流動對或超聲波的作用以測量流量的儀表。原理：根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(時間差法、相位差法和頻率差法)、多普勒法等。是一種非接觸式儀表。前者適用于測量清潔液體，后者適用于臟污流體。組成：由超聲波換能器、電子線路、顯示器三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。創(chuàng)一流品牌建百年機電九、流量測量選型由于被測對象的復(fù)雜狀況以及儀表品種繁多、性能指標(biāo)各異，沒有一種十全十美的流量計，各類儀表都有各自的特點，選型的目的就是揚長避短選擇最合適的儀表。

一般選型可以從五個方面進行考慮：儀表性能方面、流體特性方面、安裝條件方面、環(huán)境條件方面和經(jīng)濟因素方面。詳細(xì)因素如下：1.儀表性能方面：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍、響應(yīng)時間、壓力損失等；

2.流體特性方面：溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、電導(dǎo)率等

3.安裝條件方面：管道布置，流動方向，上下游側(cè)直管段長度、管道口徑，維修空間、電源、接地等；

4.環(huán)境條件方面：環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動等；

5.經(jīng)濟因素方面：儀表購置費、安裝費、校驗費、維修費、儀表使用壽命、備品備件等。

創(chuàng)一流品牌建百年機電十、題型分析：1、用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進行流量測量時，流體必須滿足哪些條件？（1）液體必須充滿圓管和節(jié)流裝置，并連續(xù)的流經(jīng)管道。

（2）液體必須是牛頓流體，在物理學(xué)上和熱學(xué)上是均勻的，單相的，或者可以認(rèn)為是單相的。

（3）流體流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變。

（4）流體流量不隨時間變化或其變化緩慢

（5）流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，其流速必須與和管道的軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。（6）流體流動工況應(yīng)該是紊流（Red>4000），雷諾數(shù)需在一定范圍，無旋渦。創(chuàng)一流品牌建百年機電2、在管道上安裝孔板，如果將方向裝反了，為什么會造成流量指示偏??？原因：因為孔板流向裝反，由于進口不是直角，斜面有導(dǎo)流作用，造成入口處阻力減少，在相同流量的情況下，差壓減小，所以儀表指示偏小。創(chuàng)一流品牌建百年機電3、孔板等節(jié)流裝置為什么一般不能裝在調(diào)節(jié)閥下游？（1）在節(jié)流裝置測量流量的理論推導(dǎo)中，理論上有兩個假設(shè)，即流體流動是連續(xù)的，并且流體流動過程中遵循能量守恒定律。這告訴我們孔板不能安裝在氣液兩相并存的地方，以免增大測量誤差；有的液體（如液化烴）經(jīng)調(diào)節(jié)閥降壓后,有時會有部分汽化，形成兩相共存；

（2）孔板等節(jié)流裝置需要有一定的直管段，直管段越長，測量精度越高。流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后流動狀態(tài)會發(fā)生變化，將影響流量儀表的測量。

（3）孔板等節(jié)流裝置屬于差壓流量計，壓降很小，對后面的調(diào)節(jié)閥影響較小。調(diào)節(jié)閥壓降相比孔板大得多，調(diào)解過程中會造成下游壓力波動較大，影響孔板精度。因此，流量孔板應(yīng)盡量安裝在調(diào)節(jié)閥前，這種安裝方式是合理的。創(chuàng)一流品牌建百年機電4、說明測量蒸汽流量的差壓變送器安裝后初次起動的操作步驟？1）檢查各個閥門、導(dǎo)壓管、活接頭等是否連接牢固；2）檢查二次閥和排污閥是否關(guān)閉，平衡閥是否關(guān)閉；3）稍開一次閥，然后檢查導(dǎo)壓管、閥門、活接頭等，如果不漏就把一次閥全開；4）打開排污閥，進行排污后，關(guān)閉排污閥；5）擰松差壓室絲堵，排除其中的空氣；6）待導(dǎo)壓管內(nèi)充滿凝結(jié)水后方可起動差壓變送器；7）起動差壓變送器應(yīng)按以下順序操作：打開正壓閥，關(guān)閉平衡閥，打開負(fù)壓閥。此時儀表已起動完畢。創(chuàng)一流品牌建百年機電5、流量測量儀表如何選擇測量范圍，提高測量精度？（1）對流量刻度來說，最大流量不超過滿刻度的95％；正常流量為滿刻度的70～80％；最小流量不小于滿刻度的30%。（2）對線性刻度來說，最大流量不超過滿刻度的95％；正常流量為滿刻度的50～70％；最小流量不小于滿刻度的10%。創(chuàng)一流品牌建百年機電6、采用電動差壓變送器測量流量，測量范圍為0-16000Pa，對應(yīng)的流量為0-600m3/h，差壓變送器輸出為12mA時，求：（1）變送器設(shè)置為開方時差壓是多少？對應(yīng)的流量是多少？（2）變送器未設(shè)置為開方時差壓是多少？對應(yīng)的流量是多少？（經(jīng)典題型）創(chuàng)一流品牌建百年機電

Q=K△P7、有一臺電Ш差壓變送器，量程為25Kpa,對應(yīng)的最大流量為50t/h,工藝要求40t/h時報警，問如果表帶開方功能時報警信號設(shè)定在多少？解：由于表帶開方功能，則：ΔP1＝K*ΔPΔP1＝40/50*1=20KpaI=40/50*16+4=16.8

對應(yīng)于40t/h的電流輸出值為I1＝20/25*16+4＝16.8mA所以報警值應(yīng)設(shè)定在16.8mA處。創(chuàng)一流品牌建百年機電8、某一采用孔板加差壓變送器的流量測量回路，差壓變送器的量程為0-20KPa，工業(yè)值范圍為0-100Nm3/h，現(xiàn)因生產(chǎn)處理量增大，要求將工業(yè)值范圍改為150Nm3/h，試計算差壓變送器量程應(yīng)改為多少？已知：ΔP=20KPa，Q=100Nm3/h，Q1=150Nm3/h，欲求ΔP1解：因為Q=K√ΔP/r即Q∝√ΔP所以Q1/Q=√ΔP1/√ΔP則ΔP1=（Q1/Q）2ΔP=（150/100）2×20=45KPa答：差壓變送器量程改為45KPa。創(chuàng)一流品牌建百年機電9、已知工作狀態(tài)下質(zhì)量流量標(biāo)尺上限qm=500t/h，工作狀態(tài)下被測流體密度ρ=857.0943kg/m3，求工作狀態(tài)下最大的體積流量qv=？答：因為：qm=ρ.qv

qm500×100