流量檢測工程檢測ppt課件

.,第四章流量檢測,.,內(nèi)容提要,概述節(jié)流式差壓流量計轉(zhuǎn)子流量計電磁流量計容積式流量計其他流量計,.,第一節(jié)概述,一、流量檢測意義是工業(yè)生產(chǎn)過程操作和管理的重要依據(jù)（通過流量測量，進行生產(chǎn)過程中的物料和能量核算，實現(xiàn)最優(yōu)控制。）,.,二、流量含義、單位含義瞬時流量：工程上所說的流量。單位時間內(nèi)通過管道某截面的流體的數(shù)量。-流量計累計流量（或總量）：某一段時間內(nèi)流過管道的流體總和。-計量表,.,單位表示法：體積流量單位有：m3/s，m3/min，m3/h，l/s，l/min，l/h。質(zhì)量流量單位有kg/s，kg/min，kg/h，t/s，t/min，t/h。兩者的關(guān)系：-流體密度。,.,三、流量檢測方法,流量檢測方法很多，測量原理各不相同，分類方法也很多。體積流量直接法（容積法）直接測出在單位時間內(nèi)以標準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。橢圓齒輪腰輪刮板旋轉(zhuǎn)活塞,精度較高,.,間接法（速度法）測量平均流速節(jié)流式力學轉(zhuǎn)子力學渦輪力學電磁電學超聲波聲學渦街力學熱線風速熱學激光多普勒光學,.,質(zhì)量流量直接式：渦輪轉(zhuǎn)矩式質(zhì)量流量計科里奧利質(zhì)量流量計間接式：差壓流量計與密度計組合差壓流量計與速度流量計組合靶式流量計與速度流量計組合補償：用壓力、溫度補償,RETURN,.,第二節(jié)節(jié)流式差壓流量計,最成熟、最常用的一種流量計。優(yōu)點：應用廣泛（工業(yè)流量計總數(shù)的一半以上），能測量各種氣體、液體、蒸汽的流量。結(jié)構(gòu)簡單。標準化程度高（常用的節(jié)流裝置都是標準化件）。資料比較齊全，（使用歷史長久）為設計、制造帶來方便。缺點：精度不高；安裝要求高；量程比?。蓽y最大流量與最小流量之比）。,.,一、測量原理-節(jié)流現(xiàn)象當流體通過裝有節(jié)流裝置的管道時，會發(fā)生流體流束的局部收縮，同時流體在節(jié)流裝置前后的管壁產(chǎn)生的靜壓力不同。這種現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。該靜壓力差的平方根與流量（流速）成正比。作為流量測量的節(jié)流元件有標準節(jié)流元件和特殊節(jié)流元件，其中標準節(jié)流元件有標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里管等。,演示,.,檢測原理（主要討論標準孔板的原理）設流體在水平管中沿軸線方向穩(wěn)定流動，流體不對外作功，和外界沒有熱量交換，流體本身也沒有穩(wěn)定變化。對于不可壓縮理想流體，則根據(jù)伯努利方程：以及流體的連續(xù)性方程：求得流束截面最小處的流速為：,.,經(jīng)推導，可知：,流體流量為：-流量系數(shù)，與節(jié)流元件形式（m）、取壓方式、雷諾數(shù)Re、直徑比、管道情況等有關(guān)，要由實驗獲得。-膨脹校正系數(shù)，。流體密度在通過節(jié)流件時因為壓力變化而發(fā)生變化，所以必須加以修正。-節(jié)流裝置的開孔截面積。-節(jié)流裝置前的流體密度。-節(jié)流裝置前后實際測量得到的靜壓力差。節(jié)流裝置形狀、大小一定；取壓點一定；流體參數(shù)和其它工藝條件一定。否則，流量與靜壓力差的關(guān)系要進行必要的修正。,.,取壓方式取壓方式(即取壓點的位置)不同,流量系數(shù)不同，目前主要的取壓方式有：角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓法、理論取壓法、管接取壓法等五種。標準件的取壓方式：孔板-角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓；噴嘴-角接取壓。雷諾數(shù)Re表示流體的流動狀態(tài)，對于給定的流體和流動條件，它反映流體的流動速度。,.,二、組成由節(jié)流裝置、信號管路、差壓計等組成。節(jié)流裝置：包括節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的前、后直管段。信號管路：引壓管、導壓管。作用：壓差信號傳輸?shù)讲顗河嫽虿顗鹤兯推?。差壓計（或差壓變送器）：把壓差信號轉(zhuǎn)換為標準電信號或氣信號（與流量對應）。測壓差，并顯示出流量值。,.,三、儀表安裝、使用要求應用廣泛，但現(xiàn)場應用時的測量誤差很大，最大可達10%20%。原因：使用不當，并非儀表本身的測量誤差。所以，要正確安裝、維護、符合使用條件。被測流體的工作狀態(tài)變動時，要重新設計計算，或?qū)λ鶞y值進行修正。當溫度、壓力、濕度、流體密度、粘度等參數(shù)數(shù)值與設計計算時不同。節(jié)流裝置安裝使用要求保證節(jié)流裝置前、后要有足夠長度的直管段。目的：使流體處于一個穩(wěn)定流動狀態(tài)。節(jié)流裝置的中心與管道中心同軸心。節(jié)流裝置方向與流體流動速度方向一致。如孔板，流體應從孔板“+”號一側(cè)流入。節(jié)流裝置的前后2D（D：管道直徑）范圍內(nèi)，管道內(nèi)壁應光滑平整，沒有毛刺凸出。用孔板來測量流量時，管徑不能小于50mm。管道內(nèi)要充滿流體，無相變（單相的，流過節(jié)流裝置時不發(fā)生相變）。不能測量脈動流量。使用久了，因節(jié)流裝置幾何形狀和尺寸變化，會引起測量值偏低，故注意檢查、維修、更換。,.,信號管路的安裝保證兩根引壓管相同：充滿相同流體而無夾雜物。要有防堵（塞）、防滲漏、防腐蝕、防凍等措施。在引壓管路上，根據(jù)被測介質(zhì)不同（氣、蒸汽、液體等），加裝一些收集器（如：貯液罐、貯氣罐、凝液罐等）、閥門（如：排放閥、放空閥、平衡閥、切斷閥等），以排除導壓管中可能而不應該有的液滴、氣泡、固體顆粒等。取壓點選擇、閥門選擇、具體引壓管路的鋪設位置、取壓點位置等見下面例子。差壓計的安裝水平安裝，要牢固無振動，且便于維修。注意安裝環(huán)境：溫度、濕度等。安裝、使用實例,.,例1、測液體流量,切斷閥：便于差壓計的維修等。平衡閥：防止兩個切斷閥不同時開啟時流體對差壓計產(chǎn)生很大的單向靜壓力而損壞儀表。沖洗閥：去除引壓管路中的固體雜質(zhì)。注意：取壓點在節(jié)流裝置下半部00450；引壓管垂直或向下傾斜；取壓點避免選在450900底部，以防液體中夾雜的固體堵塞引壓管路；差壓計等安裝在節(jié)流裝置之下。-目的：排除液體中的氣泡、固體顆粒。,.,若管道在地上，在節(jié)流裝置之上時，要加裝貯氣罐和放空閥。,.,注意：取壓點在節(jié)流裝置上半部；引壓管垂直向上或向上傾斜一定角度；差壓計在節(jié)流裝置之上。-目的：使引壓管路中不滯留液體。,例2、測氣體流量,若管道在上方，差壓計在節(jié)流裝置之下時，要加裝貯液罐、排放閥。,.,.,蒸汽引出來后先經(jīng)過凝液罐，然后接法與測量液體流量相同。,例3、測蒸汽流量,.,圖中的甘油為隔離液。隔離液的作用：傳遞壓力、與被測介質(zhì)不互溶、不發(fā)生物理化學作用的中性介質(zhì)。工業(yè)用隔離液有：水、甲基硅油、苯、煤油、乙醇等等。,例4、測腐蝕性流體的流量,RETURN,.,第三節(jié)轉(zhuǎn)子流量計,一、測量原理及結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)左圖中：錐形管為下小上大垂直安裝的玻璃管。轉(zhuǎn)子是可在錐形管中上下自由運動的物體。在錐形管外有自下而上的均勻刻度。2、檢測原理流體在錐形管中自下而上流動，當流量穩(wěn)定時，其中的浮子（轉(zhuǎn)子）將穩(wěn)定在某一個位置。,錐管,.,流體由下而上流過轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)隙，流過轉(zhuǎn)子時，轉(zhuǎn)子受到向上的力F（該力使轉(zhuǎn)子浮起。這是由于阻力件轉(zhuǎn)子前后壓力不同產(chǎn)生的力。）。同時轉(zhuǎn)子還受到流體對轉(zhuǎn)子的浮力F浮、重力G。,當時，轉(zhuǎn)子停下來不動（此時對應一定高度）；當時，轉(zhuǎn)子上升；當時，轉(zhuǎn)子下沉。,分析：初始狀態(tài)：，轉(zhuǎn)子對應一定高度。,若突然流體流量Q（）變大（或變?。?，此刻變大（根據(jù)關(guān)系），變大，有，轉(zhuǎn)子上升，環(huán)形截面積變大，則流體流速變小。因，則F變小，至再次，轉(zhuǎn)子又穩(wěn)定在一個新高度上。,.,根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的高度可判斷流量的大小，因此由轉(zhuǎn)子平衡位置h可讀出流量值Q。兩者的關(guān)系是：。式中：-流量系數(shù)；d0-轉(zhuǎn)子所在處的錐管的內(nèi)徑；df-轉(zhuǎn)子的最大直徑；vt-轉(zhuǎn)子體積；At-轉(zhuǎn)子的最大橫截面積；-轉(zhuǎn)子材料的密度；-水的密度。,3、測量原理的比較轉(zhuǎn)子流量計：利用節(jié)流面積的變化測量流量，又稱變截面積恒差壓的流量計。適用于中小流量。差壓式流量計：利用壓差測量流量，又稱變壓差恒節(jié)流面積的流量計。適用于大流量。,.,4、根據(jù)顯示方式的不同可分為兩類：直接指示型的轉(zhuǎn)子流量計電遠傳型轉(zhuǎn)子流量計,轉(zhuǎn)子流量計,.,二、使用特點,垂直安裝，流體由下而上，且為透明的被測介質(zhì)；壓力損失小，轉(zhuǎn)子對流量變化敏感，位置變化快；主要適用于中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量的檢測（小至幾升/小時）；測量各種流體的流量；結(jié)構(gòu)簡單、直觀，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；精度不高，基本誤差約為儀表量程的12%，量程比可達101；易受工作介質(zhì)密度，粘度，純凈度等影響。,.,三、流量指示值的修正,轉(zhuǎn)子流量計（在出廠前的）刻度標定：標準狀態(tài)（20、0.10133MPa）下用水或空氣進行刻度標定?？潭忍匦耘c被測流體的工作狀況（流體的粘度、密度、溫度、壓力等）有密切關(guān)系。所以，流量標尺上的刻度值代表：20時的水流量值，或者20、0.10133MPa壓力下的空氣的流量值。而被測介質(zhì)是各種各樣的，其溫度、壓力也不是定值，此時要根據(jù)實際情況對流量指示值進行修正。,1、測液體流量溫度、壓力改變時對被測介質(zhì)密度影響不大，對流量影響不大，故不必考慮溫度、壓力的影響，只需考慮流體密度對讀數(shù)的影響。,流量與轉(zhuǎn)子高度的近似關(guān)系：,-被測液體的密度；-體積流量密度修正系數(shù)；-質(zhì)量流量密度修正系數(shù)；-被測液體的實際質(zhì)量流量。當介質(zhì)密度變化時，密度修正系數(shù)的數(shù)值可查表。,則修正公式為：,.,2、測氣體流量,當被測氣體密度、壓力、溫度變化時對流量的影響都很顯著，因此都要進行修正。其修正公式如下：,式中：Q1-被測氣體在標態(tài)下的實際流量；Q0-標態(tài)下的指示流量值；、-空氣、被測氣體在標態(tài)下的密度；p0、T0-標態(tài)下的絕對壓力和絕對溫度：0.10133MPa、293K（20）；p1、T1-被測氣體在工作狀態(tài)下的絕對壓力和絕對溫度。、-密度、壓力、溫度的修正系數(shù)。,RETURN,.,第四節(jié)電磁流量計,一、結(jié)構(gòu)、原理1、結(jié)構(gòu)由傳感器和轉(zhuǎn)換器等組成。傳感器：根據(jù)電磁感應原理，把被測介質(zhì)的流量變換成感應電勢e；轉(zhuǎn)換器：流體流動產(chǎn)生的感應電勢十分微弱，而且各種干擾因素的影響也很大，轉(zhuǎn)換電路的目的是將感應電勢放大并能抑制主要的干擾信號。傳感器由磁路系統(tǒng)、測量管、電極、襯里、外殼等部分組成。磁路系統(tǒng)：直流磁場簡單，但會使管道中的導電液體電解、電極極化，故常采用交流BBmsint交變磁場。按勵磁繞組不同主要有兩種結(jié)構(gòu)：集中繞組；分組繞組式。測量管：不導磁、低導電率、低導熱率、具有一定強度、讓被測流體通過，有不銹鋼、玻璃鋼、高強度塑料等材料。電極：測量感應電勢。襯里：直接接觸被測介質(zhì)，主要作用是增加測量管的耐磨與耐蝕性，防止感應電勢被金屬測量管管壁短路。外殼：一般用鐵磁材料制成，它是保護勵磁線圈的外罩，并可隔離外磁場的干擾。,.,當導電流體（相當于導體）在磁場中作垂直于磁場方向流動而切割磁力線時，在兩電極上會產(chǎn)生感應電勢，其方向由右手定則判斷，其大小為：。因為，則。,2、檢測原理：基于電磁感應定律,式中：B-磁感應強度；D-垂直切割磁力線的導體長度，即管道內(nèi)徑；v-導體垂直切割磁場的運動速度。K-儀表常數(shù),測量流量：在B、D確定不變后，K為常數(shù)，則，測E可得Q。,演示,.,3、電磁流量計的轉(zhuǎn)換電路主要由前置放大、差動交流放大、高通濾波、采樣電路和差動直流放大等部分組成。,.,二、電磁流量計的特點優(yōu)點測量各種導電液體的流量，如：酸、堿、鹽溶液，含固體顆粒、懸浮物的液體流量。采用防腐襯里，可以測量各種腐蝕性液體的流量。測量導管中無可動部件或凸出于管道內(nèi)的部件，壓力損失小，不易堵塞。不受液體的性質(zhì)（溫度、壓力、黏度、密度等）的影響，一般流量計達不到這一點。測量范圍（量程范圍）寬（可達1：100）；精度范圍12.5。反應迅速，可測脈動流量。缺點不能測量氣體、蒸汽、石油制品等非導電流體的流量。遠離磁源，不能有振動。因感應電勢e很小，要引入高放大倍數(shù)的放大器，從而造成測量系統(tǒng)很復雜，成本高。在流量計前后要有足夠長度的直管段。,電磁流量計,RETURN,.,容積式流量計：在單位時間內(nèi)以標準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。,第五節(jié)容積式流量計,常見的容積式流量計有：橢圓齒輪流量計、腰輪(羅茨)流量計、刮板流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計、濕式流量計及皮囊式流量計等。,.,橢圓齒輪流量計刮板流量計,演示,.,檢測原理流量計內(nèi)部有12個轉(zhuǎn)子，在流入口流體壓力作用下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，使流體從流入口流向流出口。設轉(zhuǎn)子與流量計殼體之間的容積已知，則通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，就可得知流體流經(jīng)流量計的流量；如果測出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的次數(shù)，就可獲得流體的總體積。,模型演示,流體流量：,式中：V0為半月形測量室的容積，n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。式中V0一定，只要測得轉(zhuǎn)速n，即可求出體積流量Q。,.,容積式流量計的工作特性容積式流量計的工作特性與流體的粘度、密度以及工作溫度、壓力等因素有關(guān)，相對來說，粘度的影響要大一些。信號轉(zhuǎn)換就地顯示遠傳顯示,.,容積式流量計的工作特點：被測流體要求清潔，不能用于測量含固體顆粒的流體，或加裝過濾器，否則易堵或磨損。測量不含固體雜質(zhì)的液體、油、冷凝液、氣體等的體積流量，尤其是高粘度液體的體積流量，如：重油、樹脂、聚乙烯醇。精度高，可達0.20.5%。小流量時泄漏大，使讀數(shù)偏低。使用過久，易發(fā)生泄漏，會帶來較大的測量誤差。對直管段無要求。量程比10：1。,RETURN,.,第六節(jié)其他流量計,一、超聲波流量計聲波在靜止液體中的傳播速度與流體中的傳播速度不同。超聲波的接收和發(fā)射器稱換能器，換能器既可兼作聲波的接收和發(fā)射，也可以分開進行。,.,實際應用如下幾種形式。時間差法通過測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差來得到流體的流速。當超聲波傳播方向與管道軸線成角時，可以得到流速v與時差t之間的關(guān)系為：式中D-為發(fā)射探頭和接收探頭間的距離存在問題：聲波在靜止液體中的傳播速度c受流體溫度影響大，要采用補償措施來修正聲速C。t數(shù)量級小，要求電子精度高，限制了測量下限。,.,相位差法換能器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或者周期較長的脈沖波列，測量順流和逆流發(fā)射時所接收到信號之間的相位差，利用時間差與相位差的關(guān)系來求時間差，進而求流速和流量。相位差較大，避免了t過小對測量精度的影響，有利于提高測量精度，但聲速c的影響仍較大。頻率差法通過測量順流和逆流時超聲脈沖的重復頻率來測量流量。,.,發(fā)射器T發(fā)出一個超聲脈沖，經(jīng)過流體由接收器R接收此信號，進行放大后再送到發(fā)射器T產(chǎn)生第二個脈沖，這樣反復來往，其頻率為：雖然fv關(guān)系式中包含了c，則由于csin/D1，故與前兩種方法比較，聲速變化所產(chǎn)生的誤差影響小。,.,特點非接觸測量，無壓力損失，而本身耗能很小，是較理想的節(jié)能儀表?？蓽y高粘度的液體、非導電流體?？蓽y含大量雜質(zhì)和氣泡的液體介質(zhì)，優(yōu)于其他流量計。能測強腐蝕、易燃和放射性介質(zhì)，且不受液體壓力、溫度、黏度、密度的影響。流速沿管道分布的影響，與雷諾數(shù)Re有關(guān)。大口徑、小口徑管道內(nèi)的液體、氣體流量都可測量，且造價和質(zhì)量幾乎不與管徑相關(guān)。不干擾流場。（探頭安裝在管道外面，因超聲波能穿透金屬管壁，不影響流體流動狀態(tài)。）,.,二、渦輪流量計渦輪流量計是從葉輪流量計（水表）基礎上發(fā)展起來的。當流體流經(jīng)渦輪時，由于流體的沖擊作用，將使渦輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動的頻率與流量等相關(guān)。渦輪流量計主要由渦輪、導流器、磁電感應轉(zhuǎn)換器、放大與信號變換電路等組成。磁電感應轉(zhuǎn)換器是將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù)，這是渦輪流量計的關(guān)鍵部分。,.,檢測原理-渦輪用高導磁的不銹鋼做成，管道外裝上傳感器，它由磁鋼和線圈組成。當葉片轉(zhuǎn)動時，周期地改變檢測器中磁路的磁阻，使通過感應線圈的磁通量隨之變化。這樣，在線圈的兩端即感應出脈沖信號。,.,特點：精度較高0.5級，常作標準表。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。由于基于磁電感應轉(zhuǎn)換原理，反應迅速，可測脈動流量。耐高壓，易遠傳（電頻率輸出信號），不受干擾。量程比較大10：1。渦輪易磨損，流體中不應帶機械雜質(zhì)。適用于清潔介質(zhì)（一般要裝過濾器）。周圍不能有強磁場。介質(zhì)的密度、粘度變化對測量結(jié)果有影響。要保證前后有一定長度的直管段，目的：流體流向穩(wěn)定。,.,三、渦街流量計渦街流量計也稱漩渦流量計漩渦流量計有兩種：一種是應用自然振蕩的卡門漩渦列原理而制成的，稱為卡門漩渦流量計；另一種是應用強迫振蕩的漩渦旋進原理而制成的，稱為旋進式漩渦流量計。,.,檢測原理（卡門漩渦流量計）若在流體中垂直于流向放置一個圓柱體或棱柱體，在它下游兩側(cè)就會交替出現(xiàn)漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流地從柱體上分離出來，這兩排平行的非對稱的漩渦列稱為卡門渦街。漩渦發(fā)生體是漩渦流量計的核心。漩渦發(fā)生體的形狀主要有圓柱體、方柱體和三角柱體，也有組合式的。,.,漩渦頻率的檢測漩渦頻率的檢測有很多，一般與漩渦發(fā)生體形狀有關(guān)。熱電絲圓柱體熱敏電阻三角柱壓電元件組合式超聲波檢測元件三角柱,.,渦街流量計的特點精度高，可達0.21.0%?？梢詼y液體、氣體、蒸汽的流量。沒有運動部件，無機械磨損，壽命長，阻力小，節(jié)能效果非常明顯。頻率輸出，便于數(shù)字化測量。輸出信號f與流量成正比，而與流體性質(zhì)無關(guān)，尤對大口徑管道的流量測量更有利。量程比大100：120：1。作為速度式測量儀表，管道內(nèi)速度分布規(guī)律變化對精度影響大，故要求檢測器前有15D、后有5D的直管段，且直管內(nèi)部光滑。,渦街和旋進流量計,.,四、質(zhì)量流量計質(zhì)量流量的檢測方法主要有三大類：直接式間接式補償式,直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量檢測方法有許多種，如由孔板和定量泵組合實現(xiàn)的差壓式方法；由兩個用彈簧連接的渦輪構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)矩式方法；應用麥納斯效應的檢測方法和基于科里奧利力的檢測方法等。,.,間接式質(zhì)量流量計間接式質(zhì)量流量計實際上就是組合式質(zhì)量流量計，它是在管道上串聯(lián)多個(常見的是兩個)檢測元件(或儀表)，建立各自的輸出信號與流體的體積流量、密度等之間的關(guān)系，通過組合，聯(lián)立求解方程組，間接推導出流體的質(zhì)量流量。,主要的組合方式有：差壓式流量計與密度計組合方式；體積式流量計與密度計組合方式；差壓式流量計或靶式流量計與體積式流量計或速度式流量計組合方式