工業(yè)儀表第6章流量測量課件

1、工業(yè)儀表第6章流量測量第六章第六章流量和流速測量流量和流速測量工業(yè)儀表第6章流量測量6.1 概述概述6.1.1 流量和流速的概念流量和流速的概念流速：單位時間內流體流經的距離，單位是流速：單位時間內流體流經的距離，單位是m/s表示。表示。流量：單位時間內流體流過過流有效截面的數流量：單位時間內流體流過過流有效截面的數量，單位是量，單位是m3/h，kg/h。質量流量質量流量qm：單位為：單位為kg/s；體積流量體積流量qv：單位為：單位為m3/sdtdQq （1）工業(yè)儀表第6章流量測量6.1.2 流量測量方法流量測量方法容積法：容積法：直接測量從流量計中流出的流體體積。直接測量從流量計中流出的流

2、體體積。特點：特點：流動狀態(tài)對測量的影響較小，測量精度流動狀態(tài)對測量的影響較小，測量精度 較較高；測量上限較?。徊灰擞糜诟邷馗邏杭芭K污流高；測量上限較??；不宜用于高溫高壓及臟污流體的測量。體的測量。流速法：流速法：通過流速計算流量。通過流速計算流量。特點：特點：使用條件較使用條件較寬；流速為管道平均流速，管路條件對測量結果寬；流速為管道平均流速，管路條件對測量結果影響較大（如渦流、流速分布對稱性等）。影響較大（如渦流、流速分布對稱性等）。質量流量直接測量法：質量流量直接測量法：流體流動產生某種力學效流體流動產生某種力學效應與質量流量的關系。應與質量流量的關系。特點：特點：與流體的成分和參與流體

3、的成分和參數無關；價格貴。數無關；價格貴。工業(yè)儀表第6章流量測量6.1.3 流量儀表的種類流量儀表的種類工業(yè)儀表第6章流量測量6.2容積式流量測量計容積式流量測量計 經典、古老的測量方法經典、古老的測量方法 工作過程：工作過程：流體不斷充滿具有一定容積的一流體不斷充滿具有一定容積的一“計量空間計量空間”，然后連續(xù)地將這部分流體送至，然后連續(xù)地將這部分流體送至出口流出。測量時，將這些出口流出。測量時，將這些“計量空間計量空間”被流被流體充滿的次數不斷累加，乘以體充滿的次數不斷累加，乘以“計量空間計量空間”的的體積，即可得到通過流量計的流體總量體積，即可得到通過流量計的流體總量 特點：特點：對上游

4、流動狀態(tài)變化不敏感，測量準確對上游流動狀態(tài)變化不敏感，測量準確度較高，可用于高粘度流體并直接得到流體度較高，可用于高粘度流體并直接得到流體累積量累積量 工業(yè)儀表第6章流量測量6.2.1容積式流量測量儀表的原理與結構容積式流量測量儀表的原理與結構 6.2.1.1容積式流量儀表的工作原理容積式流量儀表的工作原理 “計量空間計量空間”或或“計量室計量室”具有標準體積的空具有標準體積的空間，由儀表殼內壁和流量計轉動部件構成。間，由儀表殼內壁和流量計轉動部件構成。 工作原理：工作原理： 流體通過流量計時，在流體通過流量計時，在流量計進、出口間產生壓流量計進、出口間產生壓力差力差。流量計的轉動部件。流量計

5、的轉動部件(轉子轉子)在此壓力差作用在此壓力差作用下將產生旋轉，并將流體由入口排向出口。下將產生旋轉，并將流體由入口排向出口。 流體不斷地充滿流量計的流體不斷地充滿流量計的“計量空間計量空間”，然后不，然后不斷地被送往出口。斷地被送往出口。工業(yè)儀表第6章流量測量 在給定流量計條件下，計量空間體積一定，只要測得轉在給定流量計條件下，計量空間體積一定，只要測得轉子的轉動次數，就可得到通過流量計的流體體積累積值。子的轉動次數，就可得到通過流量計的流體體積累積值。 設：設：流量計計量空間體積流量計計量空間體積v(m3)，一定時間內轉子轉動，一定時間內轉子轉動次數次數N，則在該時間內流過的流體體積：，則

6、在該時間內流過的流體體積： NvV 令：令：儀表的齒輪比（常數）為儀表的齒輪比（常數）為（其值由齒輪組的齒（其值由齒輪組的齒輪比和記錄指針轉動的刻度值所確定）、儀表指示值為輪比和記錄指針轉動的刻度值所確定）、儀表指示值為I，則則由上二式可得，在一定時間內通過儀表的流體體積由上二式可得，在一定時間內通過儀表的流體體積V與儀表指示值與儀表指示值I的關系為的關系為 NIIvV工業(yè)儀表第6章流量測量6.2.1.2 結構結構1）橢圓齒輪型容積流量計橢圓齒輪型容積流量計(奧巴爾容積流量計奧巴爾容積流量計) 結構：結構：裝在軸上相互嚙合并旋轉的橢圓齒輪及機殼。裝在軸上相互嚙合并旋轉的橢圓齒輪及機殼。橢圓齒輪

7、與殼體間形成橢圓齒輪與殼體間形成半月形體積半月形體積的測量室。的測量室。工作原理：工作原理：流體流過橢圓齒輪流量計時，因需克服阻流體流過橢圓齒輪流量計時，因需克服阻力將引起阻力損失，從而入口側壓力力將引起阻力損失，從而入口側壓力P1 出口側壓力出口側壓力P2P P 對齒輪產生作用力矩。對齒輪產生作用力矩。因因P1P2，合力矩使輪順時針方向轉動合力矩使輪順時針方向轉動。此時，。此時，A輪為輪為主動輪，主動輪，B輪為從動輪輪為從動輪。當。當轉至圖（轉至圖（b）位置時，）位置時，A、B輪均為主動輪。輪均為主動輪。（1）齒輪型容積式流量計）齒輪型容積式流量計工業(yè)儀表第6章流量測量繼續(xù)轉動至（繼續(xù)轉動至

8、（c）位置時，下齒輪）位置時，下齒輪B為主動輪，為主動輪，上齒輪為從動輪，作用在上齒輪為從動輪，作用在B輪上的合力矩使之作輪上的合力矩使之作逆時針方向轉動，逆時針方向轉動，A齒輪順時針旋轉，將已收入齒輪順時針旋轉，將已收入A輪一側的半月形容積內的流體排至出口。輪一側的半月形容積內的流體排至出口。工業(yè)儀表第6章流量測量 由（由（a）至（）至（c），橢圓齒輪轉動了），橢圓齒輪轉動了1/4周，所排出的流體體周，所排出的流體體積為一個半月形體積。顯然，積為一個半月形體積。顯然，齒輪轉動一周所排出的流體體積齒輪轉動一周所排出的流體體積為為4個半月形容積。個半月形容積。 半月形的容積為半月形的容積為Hab

9、RV202容積室半徑容積室半徑齒輪軸齒輪軸向高度向高度橢圓齒輪的橢圓齒輪的長、短半軸長、短半軸橢圓齒輪流量計的體積流量為橢圓齒輪流量計的體積流量為04nVQv測出橢圓齒輪轉速，即可知被測介質的流量。測出橢圓齒輪轉速，即可知被測介質的流量。橢圓齒輪的轉速橢圓齒輪的轉速工業(yè)儀表第6章流量測量應用應用中小流量測量：中小流量測量： 3L/h540m3/h;容積室直徑：容積室直徑： 10 250mm顯示方式：顯示方式： 就地、遠傳就地、遠傳注意事項注意事項 1）介質須潔凈，以免雜質損傷齒輪）介質須潔凈，以免雜質損傷齒輪; 2）正常測量流量正常測量流量Qcom=50 80%Qmax； 3）被測介質粘度太大

10、或流量太小時，泄漏量大，測量精度低；被測介質粘度太大或流量太小時，泄漏量大，測量精度低； 4）安裝時應使橢圓齒輪的旋轉軸處于水平位置。）安裝時應使橢圓齒輪的旋轉軸處于水平位置。工業(yè)儀表第6章流量測量2） 腰輪（羅茨）流量計腰輪（羅茨）流量計結構及工作原理：結構及工作原理：工業(yè)儀表第6章流量測量1）凸輪式刮板流量計）凸輪式刮板流量計構造：構造：轉子、凸輪、刮板、滾柱、殼體轉子、凸輪、刮板、滾柱、殼體 （2）刮板式容積流量計）刮板式容積流量計工業(yè)儀表第6章流量測量結構說明：結構說明：殼體內腔為一圓形空筒，轉子為可轉動殼體內腔為一圓形空筒，轉子為可轉動空心薄壁圓筒，筒壁開四個互成空心薄壁圓筒，筒壁開

11、四個互成900的槽，刮板在其的槽，刮板在其內滑動，并可伸出或縮進。四個刮板分別由二個連內滑動，并可伸出或縮進。四個刮板分別由二個連桿連接，相互交叉，互不干擾。刮板內側各有一小桿連接，相互交叉，互不干擾。刮板內側各有一小滾柱。它們均緊靠在一個固定凸輪上，可沿具有特滾柱。它們均緊靠在一個固定凸輪上，可沿具有特定曲線形狀的凸輪邊緣滾動，從而使刮板時而伸出，定曲線形狀的凸輪邊緣滾動，從而使刮板時而伸出，時而縮進。連桿一端刮板從轉子筒邊口槽伸出時，時而縮進。連桿一端刮板從轉子筒邊口槽伸出時，另一端刮板則縮進筒內（因連桿長度一定）。另一端刮板則縮進筒內（因連桿長度一定）。工業(yè)儀表第6章流量測量工作原理工作

12、原理： 流體通過時，計量計進、出口壓差（流體通過時，計量計進、出口壓差（ P1P2 ）作用推動刮板和轉子順時針轉動。（作用推動刮板和轉子順時針轉動。（a）位置時，）位置時，刮板刮板A和和D與殼體形成一個計量室。由（與殼體形成一個計量室。由（a）向）向(b)過渡時，刮板過渡時，刮板D逐漸收縮；刮板逐漸收縮；刮板A則僅轉動而不收則僅轉動而不收縮。當轉至狀態(tài)（縮。當轉至狀態(tài)（c）時，刮板）時，刮板A轉了轉了900（轉子整（轉子整體也轉了體也轉了900），排出一個計量室的流體體積。由），排出一個計量室的流體體積。由（c)繼續(xù)轉動時，刮板繼續(xù)轉動時，刮板A開始收縮。因此，轉子每開始收縮。因此，轉子每轉一

13、圈將排出四個計量室的流體體積。轉一圈將排出四個計量室的流體體積。流量計算：流量計算： Qv=4nV計量室體積計量室體積轉速轉速工業(yè)儀表第6章流量測量2）凹線式刮板流量計）凹線式刮板流量計構造：構造：轉子、刮板、連桿、殼體轉子、刮板、連桿、殼體 殼體內腔為特殊曲線形狀，由大、小圓弧殼體內腔為特殊曲線形狀，由大、小圓弧和二條相互對稱的凹線組成。實心轉子中間開和二條相互對稱的凹線組成。實心轉子中間開有四個互成有四個互成900的槽。連桿帶動刮板在槽內沿徑的槽。連桿帶動刮板在槽內沿徑向滑動。向滑動。轉子每轉一周排出的流體體轉子每轉一周排出的流體體積：積： 計量室體積的四倍計量室體積的四倍。工作原理：工作

14、原理： 同凸輪式。同凸輪式。工業(yè)儀表第6章流量測量（1）刮板的特殊運動軌跡不產生渦流，不改變流）刮板的特殊運動軌跡不產生渦流，不改變流體運動狀態(tài)。體運動狀態(tài)。 （2）測量精度高（）測量精度高（0.2%），壓力損失?。?，壓力損失小(30kPa) ； （3）能適應不同粘度和帶有細粒固體雜質的流體）能適應不同粘度和帶有細粒固體雜質的流體測量，不發(fā)生轉子卡住現象測量，不發(fā)生轉子卡住現象； （4）振動和噪音小，適合于中等或大流量測量。）振動和噪音小，適合于中等或大流量測量。刮板式流量計的性能特點：刮板式流量計的性能特點：工業(yè)儀表第6章流量測量（3）旋轉活塞式容積流量計）旋轉活塞式容積流量計 優(yōu)點：優(yōu)點：

15、通流能力較大通流能力較大 缺點：缺點：在工作過程中會有一定的泄漏，故準確在工作過程中會有一定的泄漏，故準確度較低。度較低。 工業(yè)儀表第6章流量測量1-隔板隔板2-活塞活塞3-內圈內圈4-外圈外圈5-導輥導輥6-活塞軸活塞軸工業(yè)儀表第6章流量測量6.2.2 容積式流量計的特性及影響因素容積式流量計的特性及影響因素 6.2.2.1容積式流量計的誤差特性容積式流量計的誤差特性IVIEvE1IvV將將代入上式，則代入上式，則工業(yè)儀表第6章流量測量6.2.3 容積式流量計的選擇容積式流量計的選擇 高粘度油類測量高粘度油類測量刮板式容積流量計；刮板式容積流量計； 低粘度油類及水測量低粘度油類及水測量橢圓齒

16、輪式、腰輪式等橢圓齒輪式、腰輪式等容積式流量計；容積式流量計； 氣體流量測量氣體流量測量 旋轉活塞式容積流量計；旋轉活塞式容積流量計； 準確度要求不高的場合準確度要求不高的場合旋轉活塞式或刮板式旋轉活塞式或刮板式容積流量計。容積流量計。 容積式流量計量限的確定：容積式流量計量限的確定： 下限流量下限流量qmin ：最小流量時的誤差須在允許誤：最小流量時的誤差須在允許誤差范圍之內差范圍之內 上限流量上限流量qmax：qmax510qmin 工業(yè)儀表第6章流量測量6.2.4 容積式流量計的安裝容積式流量計的安裝 突出優(yōu)點突出優(yōu)點：無需較長的前后直管段。：無需較長的前后直管段。 動、靜部件間的間隙很

17、小。為保證測量的精度，動、靜部件間的間隙很小。為保證測量的精度，不允許有磨損產生。所以，應避免大量固體微不允許有磨損產生。所以，應避免大量固體微粒進入流量計。粒進入流量計。 測量含有固體微粒的流體時，須在流量計前加測量含有固體微粒的流體時，須在流量計前加裝介質過濾裝置。裝介質過濾裝置。 測量含有氣泡的介質時，應在流量計前安裝氣測量含有氣泡的介質時，應在流量計前安裝氣體分離裝置，以免氣體體積被計量在內，而影體分離裝置，以免氣體體積被計量在內，而影響流體流量的測量準確度。響流體流量的測量準確度。 工業(yè)儀表第6章流量測量6.2.5 容積式流量計使用情況判斷容積式流量計使用情況判斷 常見常見故障及原因

18、：故障及原因： 雜質進入流量計，可能引起轉子卡死；雜質進入流量計，可能引起轉子卡死； 傳動機構故障，導致轉子運轉雖正常但計數器不計數傳動機構故障，導致轉子運轉雖正常但計數器不計數或指針時走時停；或指針時走時停； 介質粘度與流量計適用介質粘度不匹配時，將引起流介質粘度與流量計適用介質粘度不匹配時，將引起流量指示值偏離實際數值，如介質黏度小，則流量指示量指示值偏離實際數值，如介質黏度小，則流量指示值偏??；如介質黏度大，則流量指示值偏大；值偏??；如介質黏度大，則流量指示值偏大；工業(yè)儀表第6章流量測量速度式流量計的速度式流量計的共同特點共同特點6.3 速度式流量測量技術與儀表速度式流量測量技術與儀表

19、測量管道內介質流動速度，求得管道內流體流測量管道內介質流動速度，求得管道內流體流量的一種測量方法，是目前流量測量的主要方量的一種測量方法，是目前流量測量的主要方法之一。法之一。 儀表種類較多。儀表種類較多。 速度式流量計對管道內流體的速度分布有一定速度式流量計對管道內流體的速度分布有一定要求，要求，流量計前須有一定長度的直管段，流量計前須有一定長度的直管段，以形以形成穩(wěn)定的速度分布。成穩(wěn)定的速度分布。 工業(yè)儀表第6章流量測量6.3.1渦輪流量計渦輪流量計共同的工作原理：共同的工作原理：置于流體中的葉輪置于流體中的葉輪的旋轉角速度與流的旋轉角速度與流體流速成正比，通體流速成正比，通過測量葉輪的旋

20、轉過測量葉輪的旋轉角速度即可得流體角速度即可得流體流速，從而獲得流流速，從而獲得流量值。量值。 磁檢測器磁檢測器葉輪葉輪軸承軸承導流器導流器 導流器導流器（1）結構與工作原理）結構與工作原理組成：圖所示。組成：圖所示。葉輪式速度流量計的葉輪式速度流量計的一種，各種水表等均一種，各種水表等均屬葉輪式速度流量計。屬葉輪式速度流量計。工業(yè)儀表第6章流量測量渦輪流量計工作原理示意圖渦輪流量計工作原理示意圖渦輪流量計總體原理框圖渦輪流量計總體原理框圖 渦輪安裝于非導磁材料制成的渦輪安裝于非導磁材料制成的水平管段，渦輪受流體沖擊而旋水平管段，渦輪受流體沖擊而旋轉。轉。 葉片通過磁電感應轉換器中葉片通過磁電

21、感應轉換器中的永久磁鋼時，因的永久磁鋼時，因磁阻周期性變磁阻周期性變化化，在感應線圈中產生，在感應線圈中產生脈動電勢脈動電勢，經放大和整形后獲得經放大和整形后獲得與流量與流量成正比的脈動信成正比的脈動信號號作為流量測量作為流量測量信息，再據脈動信息，再據脈動累計數求出總量。累計數求出總量。 渦輪的轉速與渦輪的轉速與體積流量成正比。體積流量成正比。工業(yè)儀表第6章流量測量(2)性能特點：性能特點：準確度高準確度高 0.25-0.5% 。在線性流量范圍內，。在線性流量范圍內，即使流量發(fā)生變化，累積流量準確度也不會降即使流量發(fā)生變化，累積流量準確度也不會降低，且在短時間內，再現性可達低，且在短時間內，

22、再現性可達0.05。 量程比量程比: 810:1。口徑相等時，渦輪流量計?？趶较嗟葧r，渦輪流量計的最大流量值大于很多其它流量計的最大流量值大于很多其它流量計阻阻 力：力：300Pa ，適應性強適應性強 數字信號輸出數字信號輸出 最大測量范圍與最大測量范圍與最小測量范圍之最小測量范圍之比比 工業(yè)儀表第6章流量測量（3）渦輪流量計的安裝使用）渦輪流量計的安裝使用: 流速分配不均和管內二次流的存在是影響渦輪流流速分配不均和管內二次流的存在是影響渦輪流量計測量準確度的重要因素。對于工業(yè)測量，一般量計測量準確度的重要因素。對于工業(yè)測量，一般上游上游20D，下游，下游5D的直管長度。的直管長度。 對流體清

23、潔度要求高，流量計前須安裝過濾器以對流體清潔度要求高，流量計前須安裝過濾器以保證流體清潔。保證流體清潔。 須保證通過流量計的流體是單相的（不能進入空須保證通過流量計的流體是單相的（不能進入空氣或蒸氣），必要時，在流量計上游裝消氣器。對氣或蒸氣），必要時，在流量計上游裝消氣器。對于易氣化的液體，在流量計下游必須保證一定背壓，于易氣化的液體，在流量計下游必須保證一定背壓，背壓值可取最大流量下流量傳感器壓強的二倍加上背壓值可取最大流量下流量傳感器壓強的二倍加上最高溫度下被測液體蒸氣壓的最高溫度下被測液體蒸氣壓的1.2倍。倍。 工業(yè)儀表第6章流量測量 (4) 信號傳輸線信號傳輸線 信號線最大長度：信號

24、線最大長度：LdV V1000mV時，時，d1.0；1000mVV1500mV時，時，d1.5；V5000mV時，時，d=2.0。 信號接地線采用屏蔽電纜，以防止外部的感應噪聲。顯信號接地線采用屏蔽電纜，以防止外部的感應噪聲。顯示儀表端屏蔽接地，傳輸電線遠離強電磁設備，不得與動力示儀表端屏蔽接地，傳輸電線遠離強電磁設備，不得與動力線平行布置。線平行布置。 (5) 運轉維護運轉維護 當渦輪流量計的管道需要清洗時，必須開旁路，清洗液當渦輪流量計的管道需要清洗時，必須開旁路，清洗液體不能通過流量計。體不能通過流量計。 管道系統(tǒng)啟動時必先開旁路，以防止流速突然增加，引管道系統(tǒng)啟動時必先開旁路，以防止流

25、速突然增加，引起渦輪轉速過大而損壞。起渦輪轉速過大而損壞。 渦輪流量計軸承應定期更換。渦輪流量計軸承應定期更換。 系數，系數，mmV最小流量時傳感線圈的輸出最小流量時傳感線圈的輸出電壓有效值，電壓有效值，mV工業(yè)儀表第6章流量測量6.3.2 流體振動式流量計流體振動式流量計 20世紀世紀60年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測量技年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測量技術術. 代表型式：代表型式：卡門渦街流量計卡門渦街流量計。 原理：流體流經鈍住體時，在柱體周圍和下游將產生原理：流體流經鈍住體時，在柱體周圍和下游將產生有規(guī)律的振動，振動頻率與流量存在一定的對應關系有規(guī)律的振動，振動頻率與流量存在一定的對應關系 。 特點：特點： 可得到與流量成正比的頻率輸出信號；可得到與流量成正比的