第3.2章 流量檢測方法及儀表

1、昆明理工大學昆明理工大學楊彪楊彪20102011學年下學年下第三章第三章檢測儀表及傳感器檢測儀表及傳感器昆明理工大學知識結構知識結構第第5章章 自動控制儀表自動控制儀表第第6章章 執(zhí)行器執(zhí)行器第第2章章 過程特性過程特性第第3章章 檢測儀表與傳感器檢測儀表與傳感器第第4章章 顯示儀表顯示儀表第第1章自動控制系統(tǒng)基本概念章自動控制系統(tǒng)基本概念第第7章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 第第8章章 復雜控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng)第第9章章 新型控制系統(tǒng)新型控制系統(tǒng)第第10章章 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)昆明理工大學壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表本章內容物位檢測方法及儀表物位檢測方法及儀表流量檢測方法及

2、儀表流量檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表數(shù)字式顯示記錄儀表數(shù)字式顯示記錄儀表昆明理工大學第三節(jié)第三節(jié) 流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表 第三章 檢測儀表與傳感器昆明理工大學 流量測量技術和儀表的應用領域流量測量技術和儀表的應用領域 工業(yè)生產過程能源計量一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質（壓縮空氣、氧、氮、氫、氣、蒸汽）及含能工質（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等水）等生物技術 交通運輸 環(huán)保工程 空氣污染空氣污染(

3、 (煙廢氣排放煙廢氣排放 ) )、水污染、水污染 管道輸送管道輸送 昆明理工大學流量檢測方法及儀表流量檢測方法及儀表v應用容積法檢測流量（應用容積法檢測流量（腰輪流量計）v應用動、靜壓能轉換原理檢測流量應用動、靜壓能轉換原理檢測流量（差壓式流量計)v應用改變流通面積的方法檢測流量應用改變流通面積的方法檢測流量(轉子流量計)v應用電磁感應原理檢測流量應用電磁感應原理檢測流量(電磁流量計)v應用超聲波檢測流量應用超聲波檢測流量(超聲波流量計)本節(jié)主要內容本節(jié)主要內容昆明理工大學流量檢測的基本概念流量檢測的基本概念瞬時流量瞬時流量單位時間內流體通過一定截面積的數(shù)量。單位時間內流體通過一定截面積的數(shù)量

4、。體積流量體積流量用流體的體積來表示（用流體的體積來表示（q qv v），單位為），單位為m m3 3/h/h。質量流量質量流量用流量的質量來表示（用流量的質量來表示（q qm m），單位為），單位為kg/hkg/h。累積流量累積流量 一段時間內流體體積流量或質量流量的累積值一段時間內流體體積流量或質量流量的累積值累積體積流量dtqVtv0流量計量流量計量對在一定通道內流動流體的流量進行測量。對在一定通道內流動流體的流量進行測量。dtqmtm0累積質量流量流量測量的任務流量測量的任務： 根據(jù)測量目的，被測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等根據(jù)測量目的，被測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等條件，研究各種相

5、應的測量方法，并保證流量值的正確傳遞。條件，研究各種相應的測量方法，并保證流量值的正確傳遞。昆明理工大學體積流量的測量方法 （1 1）容積法：）容積法：在單位時間內以標準固定體積對流動介質連續(xù)不斷地進行度在單位時間內以標準固定體積對流動介質連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定容積數(shù)來計算流量。量，以排出流體固定容積數(shù)來計算流量。橢圓齒輪流量計、旋轉活塞式流量計和刮板流量計。橢圓齒輪流量計、旋轉活塞式流量計和刮板流量計。受流體的流動狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度、低雷諾數(shù)的受流體的流動狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。流體。（2 2）速度法：）速度法：這種方法是先測出管道內的平均流速，再

6、乘以管道截面這種方法是先測出管道內的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。積求得流體的體積流量。 較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測，較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測，利用平均流速計算流量，管路條件的影響大，流動產生渦流以利用平均流速計算流量，管路條件的影響大，流動產生渦流以及截面上流速分布不對稱等都會給測量帶來誤差。及截面上流速分布不對稱等都會給測量帶來誤差。 昆明理工大學 質量流量的測量方法(1 1) )直接法： 利用檢測元件，使輸出信號直接反映質量流量。 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

7、應的檢測方法 基于科里奧利力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量流量。 qv2檢測元件和檢測元件的組合； qv檢測元件和檢測元件的組合； qv2檢測元件和qv檢測元件的組合。昆明理工大學應用容積法檢測流量應用容積法檢測流量 單位時間內所排出固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù) 測量原理測量原理設：V0計量室的容積 n轉子的旋轉次數(shù)0nVV 則排出的流體總量 根據(jù)轉子的形狀分為：橢圓齒輪流量計（液體型）橢圓齒輪流量計（液體型）腰輪流量計（氣體型和液體）腰輪流量計（氣體型和液體）刮板式流量計（液體型）刮板式流量計（液體型）昆明理工大學腰輪流

8、量計腰輪流量計測量原理測量原理 腰形輪每轉動一周，就把轉子與殼體之間所構成的具有一腰形輪每轉動一周，就把轉子與殼體之間所構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。定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。 04nVV 計量室體積腰輪轉速體積流量昆明理工大學 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

9、流體，如原油，石油制品 (柴油，潤滑油等)。腰輪流量計腰輪流量計 昆明理工大學應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量 節(jié)流元件附近流速和壓力分布情況 檢測原理檢測原理 當流體流經管道內的節(jié)流件時，流體將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低1，于是在節(jié)流件前后便產生了壓差。流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。 基礎：基礎：流體連續(xù)性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。 壓差影響因素：壓差影響因素：流量、節(jié)流裝置形式、管道內流體的物理性質（密度、粘度）昆明理工大學應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量應用動壓能和靜

10、壓能轉換的原理檢測流量 檢測原理檢測原理昆明理工大學應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量 檢測原理檢測原理昆明理工大學應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量 檢測原理檢測原理昆明理工大學應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量 檢測原理檢測原理昆明理工大學 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 /20pQ 質量流量 p20式中 流量系數(shù) 流束膨脹系數(shù) A0節(jié)流裝置的開孔截面積 流體密度 節(jié)流裝置前后實際測得的

11、壓力差流量與壓力差的平方根成正比流量與壓力差的平方根成正比昆明理工大學差壓式流量計差壓式流量計 測量對象測量對象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面管徑方面：從幾毫米到幾米；流動條件流動條件：亞音速流、臨界流、脈動流歷史悠久、技術成熟、應用最廣泛。節(jié)流式特點： 結構簡單、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 孔板引壓管差壓計昆明理工大學差壓式流量計分類表差壓式流量計分類表 分類原則 分 類 類 型 按產生差壓的作用原理分類1）節(jié)流式；2）動壓頭式；3）水力阻力式；4）離心式；5）動壓增益式；6）射流式按

12、結構形式分類1）標準孔板；2）標準噴嘴；3）經典文丘里管；4）文丘里噴嘴；5）錐形入口孔板；6）1/4圓孔板；7）圓缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整體（內藏）孔板；11）線性孔板；12）環(huán)形孔板；13）道爾管；14）羅洛斯管；15）彎管；16）可換孔板節(jié)流裝置；17）臨界流節(jié)流裝置按用途分類1）標準節(jié)流裝置；2）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置；3）臟污流節(jié)流裝置；4）低壓損節(jié)流裝置；5）小管徑節(jié)流裝置；6）寬范圍度節(jié)流裝置；7）臨界流節(jié)流裝置；昆明理工大學 差壓式流量計組成差壓式流量計組成節(jié)流裝置節(jié)流裝置：安裝于管道中產生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關系。引壓導管引壓導管：取節(jié)流裝置前后產

13、生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器差壓變送器：產生的差壓轉換為標準電信號(4-20mA)。昆明理工大學昆明理工大學 標準節(jié)流元件標準節(jié)流元件 標準孔板標準孔板結構簡單，安裝方便，適合大流量的測量標準噴嘴標準噴嘴標準文丘里管標準文丘里管結構復雜，壓力損失比孔板小昆明理工大學節(jié)流孔板節(jié)流孔板后取壓管后取壓管 前取壓管前取壓管流體通過節(jié)流體通過節(jié)流孔板時，流孔板時，流速加快，流速加快，后取壓管處后取壓管處的壓力減小。的壓力減小。節(jié)流裝置（取壓管及內部的節(jié)流孔板）流量測量儀表流量測量儀表-1.差壓式差壓式昆明理工大學節(jié)流裝置的另一種形式文丘里管或文丘里噴嘴 文丘里噴嘴的文丘里噴嘴的壓力損失較小。壓

14、力損失較小。流體入口流體入口狹窄部位狹窄部位昆明理工大學 環(huán)室取壓 單獨鉆孔取壓 法蘭取壓 標準噴嘴取壓方式 標準孔板的幾種取壓方式 取壓方式昆明理工大學選用考慮要點 安裝條件方面 流件前后有必要直管段長度 引壓管線 儀表性能方面(1) 精確度、重復性、線性度、流量范圍 壓力損失流體特性方面 流體物性參數(shù)的確定 (2)流體的腐蝕、磨蝕、結垢、臟污等環(huán)境條件方面昆明理工大學應用改變流通面積的方法檢測流量應用改變流通面積的方法檢測流量 變面積式測量方法示意圖 檢測原理檢測原理錐形管錐形管-由下往上逐漸擴大管由下往上逐漸擴大管轉子轉子-阻力件阻力件 組成組成 當流體自下而上流經錐形當流體自下而上流經

15、錐形管與轉子之間的環(huán)形流通面管與轉子之間的環(huán)形流通面積時，由于受到流體的沖擊，積時，由于受到流體的沖擊，轉子便要向上運動。轉子便要向上運動。 昆明理工大學流體入口流體入口流體出口流體出口轉子轉子第第5.4 節(jié)節(jié) 流量測量儀表流量測量儀表-1.流體阻力式流量計流體阻力式流量計昆明理工大學zzzAgVkhQ)(2gVfzz1gVfz2zvf223 流量基本方程式流量基本方程式設：作用在轉子上的力有轉子本身垂直向下的重力設：作用在轉子上的力有轉子本身垂直向下的重力f f1 1； 流體對轉子所產生的垂直向上的浮力流體對轉子所產生的垂直向上的浮力f f2 2； 流體作用在轉子上的向上沖力流體作用在轉子上

16、的向上沖力f f3 3；則有則有當轉子處于平衡時，則有當轉子處于平衡時，則有 0321fff zzzAgVv)(2 設設:A:A0 0為環(huán)隙流通面積，為環(huán)隙流通面積， 則轉子流量計的體積流量為則轉子流量計的體積流量為 zzzAgVAvAQ)(200 昆明理工大學 轉子流量計指示值修正轉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QsyzyszYNkQQ)()(氣體流量的修正 01010101QTPTPQ修改量程 zzzAgVkhQ)(2昆明理工大學用一個用水標定的轉子流量計來測量苯的流量，流量計的讀數(shù)為28 m3/h，已知轉子密度為7920 k

17、g/m3的不銹鋼，苯的密度為0.831 kg/L，求苯的實際流量是多少？hmQQsyzyszNy/08.3111. 128831. 0) 192. 7(1)831. 092. 7283（）（）（苯例例已知：s=1 kg/L，y=0.831 kg/L，z=7.92 kg/L， QN =28 m3/h，代入修正公式式可得： 解所以苯的實際流量是31.08m3/h。昆明理工大學電磁流量計電磁流量計電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電導電液體體積流量的儀表?？梢詼y量各種腐蝕性介質：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液。此流量計無機械慣性，反應靈敏，可以測量脈沖流量，而且線性較好，可以直

18、接進行等分刻度。只能測量導電液體，因此對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導率很低的液體不能測量。由于測量管內襯材料一般不宜在高溫下工作，所以目前一般的電磁流量計還不能用于測量高溫介質。昆明理工大學昆明理工大學昆明理工大學昆明理工大學電磁流量計電磁流量計 電磁流量計電磁流量計電磁流量計昆明理工大學多普勒法多普勒法 多普勒法是利用聲學多普勒原理確定流體流量的多普勒效應是當聲源和目標之間有相對多普勒效應是當聲源和目標之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運動的目標和靜止的換能器之間的變化正比于運動的目標和靜止的換能器之間的相對速度

19、。相對速度。)1 (cvffsso昆明理工大學渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線軸線與流向垂直的非流線性柱形體性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體，見圖。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，會在漩渦發(fā)生體下游產生如圖所示不對稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。渦街流量計昆明理工大學由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。馮.卡門對渦列的穩(wěn)定條件進行了研究，于1911年得到結論：只有當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足 時，所產生的渦街才是穩(wěn)定的。 281. 0hL渦街流量計昆明理

20、工大學圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率 與旋渦發(fā)生體處的流速 有下列確定關系：dvSftfv25Re3 10 2 10渦街流量計昆明理工大學圓柱體圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率 與旋渦發(fā)生體處的流速 有下列確定關系：是與雷諾數(shù)有關的無量綱數(shù)，稱為斯特羅哈數(shù)。 (圓柱體 三角柱體 )dvSftfvtS25Re3 10 2 1016. 0tS21. 0tSdvf21. 021. 0fdv 21. 00fdAqv渦街流量計昆明理工大學一、直接式質量流量計一、直接式質量流量計科里奧利質量流量計科里奧利質量流量計 科里奧利質量流量計(簡稱CMF)是利用流體流體在直線運動的同時處于一旋轉系中，產生與質量在直線運動的同時處于一旋轉系中，產生與質量流量成正比的科里奧利力流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質量流量儀表。 質量流量計質量流量計-1.科里奧利質量流量計科里奧利質量流量計昆明理工大學如圖所示，當質量m的質點以速度v在對P軸作角速度為旋轉的管道內移動時，質