現(xiàn)代工程控制中的測試與檢測技術(13流量測量計算)

1、Q=OJ1+%”20） 如、兒為材料線膨脹系數，4 =%1+ 4 C-20） 可查得（附表78）ReD計算式或者 ReD =黑 nDy§2-4流量測量§ 2-4-2節(jié)流式流量計一.基本原理與流量方程Q = &喳=刀亞 A 2（PL- P2） y/C2 C1Z/24 I V P二.流量系數與壓力損失a=f （/3, Re0f kjD）原始流量系數（光管）三.標準節(jié)流裝置節(jié)流件、取壓裝置、節(jié)流件前后的直管段及阻力件 四.流量測量誤差五、標準節(jié)流裝置的設計計算設計計算任務（兩個命題）a）根據節(jié)流裝置輸出Ap,計算相應G或Q。此處，節(jié)流 裝置為已知。b）根據流體條件和現(xiàn)場情

2、況，設計采用的節(jié)流裝置。計算公式 Q = _.次/?2£）,2（/篦3/5）Dr。工作溫度下的管道和節(jié)流件開孔直徑。按下式求得小 介質動力粘度，Pa-s； v；介質運動粘度，m?/s1.設計計算的第一類問題 計算問題已知條件：流體：p、t、流體種類；管道：d20.材料節(jié)流件：d20>材料、形式、取壓方式求：相應于的流量G （Q）常用方法：先假設Fd值（一般取ReD = 106）,迭代計算， 計算步驟準備數據Dr dt, p, kJD,（查表得（附表72） ； £查表得（附表 7-9> 10）；n、p由夕、力查表得正式計算2）正式計算假定（RCd）i = 1

3、76;6求流量系數第一次值（OC）1a =（xorc（OC0）1由R1、6查表得（附表74、5）（r）根據、r0=f（/3, k/D）查表、計算得計算（G）或（Q）（按流量公式）計算（ReD）2 （按R1計算公式）返回迭代當相鄰兩次算得的G或Q滿足 < 垃 2%2迭代結束，G=（G）22 .設計計算的第二類問題 設計問題已知條件：流體:：p、t、Gmax> Gch> Gmjn> 流體種類;管道:：D20.材料、布置情況（空間、阻力件.）其它要求：允許壓力損失、測量精度等設計任務：選擇節(jié)流件形式、取壓方式確定節(jié)流件開孔直徑確定節(jié)流件前后最小直管段計算流量測量誤差思路分析根

4、據設計任務，首先選擇節(jié)流件形式及取壓方式。原則：依據對流量測量的誤差要求、允許壓力損失、 現(xiàn)場條件等，結合各種節(jié)流裝置及取壓方式的特點進行節(jié)流件選擇孔板：簡單、省工省料，精度較低、壓損大。要求低 時用，給水流量。噴嘴：復雜、費工費料，精度較高、壓損小。要求高 時用，主汽流量。取壓方式選擇亦按原則考慮。確定節(jié)流件開孔直徑公式中未知數多，oc、（3、£、p，難以直接求四未知數中，真正獨立的只有6、Ap,設法確定二者 之一，可解決。常用方法：先按原則選定/Pmax，再計算出 Pch，作 為設計參數K1,/.可先設 8 =1亦先設心二1 4G五 7VD 乂 pbp又< a = a0 r

5、c ,而，合并為、廠一 為P?，a/ 又為p2 = f（仇Re9故S可查表求得（附表74、5） 然后選代計算。的準確值。也可利用某種原則先確定選定B ,此時8GA（肛2）2（班2）2夕a = f（p9 ReD, kJD） 一定， 設8=1 ,可計算出 Pch = 選代計算ZQch，進而計算出以選擇差壓計。 直管段確定及測量誤差計算（按前述確定）設計步驟（設計實例（教材p215）.已知條件：流體：過熱蒸汽；流量：Gmax=70kg/s,Gch=55.5kg/s,Gmjn=28kg/s允許壓力損失：8p<6 X104 Pa管道內徑：D20=0.221m （材料12CrMoV新無縫管）管路情況

6、：阻力件1-90。彎頭；阻力件2全開閘閥。1）設計要求給出：節(jié)流件形式一噴嘴；取壓方式一角接取壓差壓計選定一精度、最大壓差、壓力。2）輔助計算、準備數據管道參數：計算Dt ,查表求人口（附表78）,有Dt=0.2226 m計算D/（：查表求 （附表72）,有D/=2226 流體參數：計算p = p友+ Pd=13.6 MPa。查表 q=3.185X10-5Pa-s查表 p=38.37kg/m3求雷諾數ReDch = 9.97x 106用于求 a7iDtr）黝=5.即用于校準設計出的/?是否能使a在測量范圍內基本是常 數。本例最小雷諾數大于106,對萬的選擇無影響。3）確定壓差上限/pmax，計

7、算正常流量對應的壓差，Pch確定Pmax：確定45max：Pmax的選擇，對流量測量的許多方面有影響，應 綜合考慮語方面因素。測量精度：zpmax t -B I -精度t測量范圍：Zpmax t f I f范圍t最小直管段：max t -3 f I、J I壓力損失；ZApmax t 一前t考慮諸因素，會有矛盾。一般以某一因素為主，兼顧其余（教材P214）。如設計要求給出了允許最大壓力損失5p,則APmax 的選擇為：則對于標準孔板，選zApmax（2-2.5） 6p對于標準噴嘴， 選Zpmax（33.5） 5p,本例可選：/Pmax = 3*=1 .8 X105 Pa將選取的Pmax符合整到）

8、現(xiàn)有壓差計系列值。本例，取Pmax=16XlO5Pa。如選用的壓差計量程可大范圍自由調整，此步可省。檢查，Pmax應同時滿足對可壓縮流體 應使APmax V0.25,本例滿足。若流體為液體，還應使PmaxP （121.3）P，式 中，Ps為流體工作溫度下的飽對崖力。最后選定Pmax= 1.6X105 Pao計算Gw對應的壓差Pch（Gch V , 本例Pch=1QX105Pa2ch - "max 尸4）計算節(jié)流件箭HL直徑 令=l43=1，計算1；（a I 4G之本例9心力=0.5133yl PPch求例 （刈B 2）=f（0, ReD）（附表74 5） （切7可根據（。弁）八月能的

9、查表得本例（的尸06921附表75可按廳線性內插若88610 6（標準噴嘴），2已不再與Re有關，可利 用Re°=106查表。（對標準孔板，的口極限值為1。7）求£、rc / £=f p/Pi, f=leD）（附表79、10）/. £可根據伊人、P2/P1、k查表得 本例£ =0.9940r0=f(/3, k)D) 1 曲表73),1°可由（矽"查表得本例 rc=r0=1按求得的以rc<,可漢（a2） 1進行修正，得本例（&廿2）2=0.5164查附表7-4、7-5,得（。）2,作為正式S 本例 戶明 =0.6

10、938 求aa=aorc, a0=f(ff, ReD)(附表74、5)本例 a=a0=A .0716求開孔徑A。d = u1 + (/-20) 1 +乙一20)本例 = 0.1529 m查附表7-8(1O18Ni9Ti,現(xiàn)已淘汰，改用304或316), A d = 18.2X10-64）驗算流量按設計出的開孔直徑計算正常流量，并與給定正常 流量已較。若°一設計-G必定< ±0.2%Gc除定則計算無誤。本例：計算結果為0.07%,故計算無誤,則設計合格。否貝IJ，需減小5）檢驗壓力損失與max pFI I IdA右Pm ax V 3 P允許Pmax，重新計竟。本例：bp

11、max =5 7 X 70 4 Pa 合格本例6）確定最小直管段要求1-, = 7D x 1.6/2?/； = 28。= 6.2m/ = 10D = 2.2m7）流量測量誤差計算本例女 = ±0.85%G六.標準節(jié)流裝置的使用1）滿足標準節(jié)流裝置適用條件2）最小流量限制當被測流量小于設計時的最小流量值時，流量系數 已進入非線性區(qū)，示值不準確。對孔板，示值偏低；對 噴嘴,俳0.55,偏低,儼v0.55,偏高。3）被測流體參數偏離設計值，示值不準確，須修正。主 要考慮p、t對密度的影響。G實際=設計V P設計密度影響亦可自動修正。關鍵是建立數學模型。如，過熱蒸汽的模型可表為：ApBt +

12、 Cp + D A、B、C、D由實驗確定的待定系數ApBi + Cp + D代入流量方程得G = K " 七、非標準節(jié)流件,標準節(jié)流裝置局限：不能用于大粘度、低雷諾數、 臟污介質，小、大管道中。多非標準節(jié)流件：實驗數據較少，尚未標準化， G夕關系須單獨標定。設計方法與標準節(jié)流裝置 同，但采用數據不同。特點：可用于解決小管徑、 低雷諾數、臟污介質的流量測量。常用的主要非標準節(jié)流裝置有圓缺孔板、1/4園 噴嘴、錐形入口孔板等。§ 2-4-3速度式流量計一.渦輪流量計1.工作原理與流量方程 組成：殼體、渦輪、磁電轉換器、放大器 原理：渦輪置于被測圖7-9渦輪流量計工作原理示意圖1

13、-導流器；2軸承；3渦輪；4 一殼體，5前置放大器;積流量Q成正比.測得。5累積流量計算器：7一瞬時流量指示儀表流體中，流體沖動渦輪 葉片轉動，轉速。與體于是Q = 另 f=nZ_ 2m瓜tga2bS。tga(m3/s)Q = 2 為f(m3 / s)便可知Q。轉速測量一般用磁電法。磁電轉換器置于殼體上， 正對渦輪。渦輪葉片旋轉通過磁電轉換器下方時，磁路 中磁阻發(fā)生周期性變化，線圈感生出交流電脈沖信號， 頻率focn。由此Qxf,測量f,可得Q。流量方程：流量一定時，渦輪作勻速運動，此時Q=uS。，So 流通面積，v平均流速。/可分解為二個分量，切向分量u= vtg oc,而u=2叫"

14、;v =tga tga Z式中4 =之丁 為渦輪流量計的流量系數。1.流量系數理想情況下4 =常數2 %“So由于各種阻力矩影響，使&不可能在相當大的范 圍內是常數。阻力矩包括：軸承機械摩擦阻力矩4 粘滯摩擦阻力矩 電磁反作用阻力矩如圖。Q小時，出現(xiàn)峰值，反作用力矩0相對增大所致；Q很大 時，曲線下降，漏流量增大所致。3 .特點與使用特點：精度高，可達0.10.2級；測量范圍寬，量程比可達10： 1,對腐蝕性氣體和液 體都適用。響應快，時間常數可小至210毫秒，可測脈動流量,線性好、耐壓高（可達16MPa） o 壓力損失小。使用注意：水平安裝，減小機械摩擦阻力矩直管段要求，一般上游為2

15、0D,下游為5D由于對粘度變化敏感，若流體粘度與標定液粘度 （常溫水，v=10-6 m2 / s）相差太大（5X10-6 m2 / s）,須實液標定。四,渦街流量計1 .工作原理與流量方程利用卡門旋渦列的原理測流量。在流體中垂直于流 向插入一對稱、非流線型柱狀物。流速大于一定值時， 流體繞過柱體會在其兩側交替出現(xiàn)漩渦，并輪流地從柱 體上分離出來，形成漩渦列，也稱為卡門渦街.穩(wěn)定漩泯列中，單側漩渦頻率f與柱體兩側流速V間關系： vf = St- St為斯特拉哈爾數dSt與R%有關,在一定Red范圍內為常數St與柱體形狀有關: 圓柱體 St0.21, 三角柱體St0.16根據流動連續(xù)性原理Q=A1

16、v1=A2v2 ，設流量方程m=A2/A1 對于圓柱體，可以證明:_ 2 , d L d2 . 一1八s 77I IIm = (y 1 - +sin )j-7i D D2DT； D當時WDvO.3,有加。1 1.25幺 1故渦街流量計的流量方程0"(1-1.25 星)0 = 2LN'=歹(1-1.25)其中，一為流量系數 今OI2 .旋渦頻率檢測方法三部分組成。旋渦頻率檢測主要方法 熱絲式應變電阻式熱敏電阻式超聲波式L發(fā)射電路 瓶F發(fā)生體/發(fā)射換能器接收電路接收換能器泯街流量計由漩渦發(fā)生體、感測器和信號處理系統(tǒng)超聲波頻率檢測方法發(fā)射電路產生等幅振蕩電信號加到發(fā)射換能器上, 使之產生連續(xù)等幅超聲波，發(fā)射到流體中，透過管壁 到達接收換能器。當漩渦通過聲束時，使聲束產生折 射和反射，引起偏轉，接收換能