第4章流量測量

1、流量表或流量計tQqdd瞬時流量與累計流量：瞬時流量與累計流量：4.1 流量測量概述流量測量概述4.1.1 流量流量 單位時間內(nèi)通過某一既定截面流體的質(zhì)量單位時間內(nèi)通過某一既定截面流體的質(zhì)量qm(kg/s，稱質(zhì)量流量，稱質(zhì)量流量) )或體積或體積qV(m3/s，稱體積流量，無特殊說，稱體積流量，無特殊說明，簡稱為流量明，簡稱為流量) )。 qmqV計計量量表表21tttqQd 工作狀態(tài)下氣體體積流量，工作狀態(tài)下氣體體積流量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下?lián)Q算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下( (t t=20=20，p p=101325Pa)=101325Pa)體積流量。體積流量。 表示：表示：Q QN N。4.1.2 流量測量

2、方法流量測量方法1. 差壓法差壓法 利用伯努利方程基本原理，通過測量流體差壓信號來反利用伯努利方程基本原理，通過測量流體差壓信號來反映流量的測量法。映流量的測量法。2. 容積法：容積法： 測量流體在單位時間內(nèi)流過標(biāo)準(zhǔn)容器的容積度量數(shù)來反測量流體在單位時間內(nèi)流過標(biāo)準(zhǔn)容器的容積度量數(shù)來反映流量的測量法，映流量的測量法， qV=nV； 如橢圓齒輪、腰輪流如橢圓齒輪、腰輪流 量計、刮板流量計等量計、刮板流量計等 。3. 速度法速度法 根據(jù)流體一元流動連續(xù)方程，截面上的平均流速與體根據(jù)流體一元流動連續(xù)方程，截面上的平均流速與體積流量成正比，因此與流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象都可用來積流量成正比，因此與流速有關(guān)

3、的各種物理現(xiàn)象都可用來度量流量。度量流量。 如節(jié)流式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、渦輪流量計、電磁流如節(jié)流式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、超聲流量計等。量計、超聲流量計等。 4質(zhì)量流量法質(zhì)量流量法方法1： 測量流體的體積流量，并根據(jù)流體的壓力、溫度等測量流體的體積流量，并根據(jù)流體的壓力、溫度等狀態(tài)參數(shù)對流體密度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。狀態(tài)參數(shù)對流體密度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。方法2： 測量與流體質(zhì)量流量有關(guān)的物理量（如動量、動測量與流體質(zhì)量流量有關(guān)的物理量（如動量、動量矩等），從而直接得到質(zhì)量流量。量矩等），從而直接得到質(zhì)量流量。 任何流量計都有其適用范圍，即對流體的特性以及任何流量計都有其適用范圍，即對

4、流體的特性以及管道條件都有特定的要求。管道條件都有特定的要求。 流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動；流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動； 流體在物理上和熱力學(xué)上是單相的，流經(jīng)測量元流體在物理上和熱力學(xué)上是單相的，流經(jīng)測量元件時不發(fā)生相變；件時不發(fā)生相變； 流體的速度一般低于音速。流體的速度一般低于音速。 兩相流動是工業(yè)過程中廣泛存在的流動現(xiàn)象。但目兩相流動是工業(yè)過程中廣泛存在的流動現(xiàn)象。但目前尚無成熟的兩相流流量儀器。前尚無成熟的兩相流流量儀器。4.1.3 流量測量系統(tǒng)流量測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于傳感器。測量系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于傳感器。4.1.4 流量計的校驗(yàn)與標(biāo)定流量計的校驗(yàn)與標(biāo)

5、定 流量是質(zhì)量或體積對時間的導(dǎo)數(shù)，難以按定義直流量是質(zhì)量或體積對時間的導(dǎo)數(shù)，難以按定義直接做出流量單位的標(biāo)準(zhǔn)器。接做出流量單位的標(biāo)準(zhǔn)器。 一般在流量不變前提下，使流體連續(xù)流入容器內(nèi)，一般在流量不變前提下，使流體連續(xù)流入容器內(nèi)，精確測量流體流動的起、止時間，以及流入容器流體總精確測量流體流動的起、止時間，以及流入容器流體總量，量，用平均流量代替瞬時流量用平均流量代替瞬時流量作為標(biāo)準(zhǔn)。作為標(biāo)準(zhǔn)。 要求：要求： 在累積時間內(nèi)，必須保證流量高度穩(wěn)定，計時和在累積時間內(nèi)，必須保證流量高度穩(wěn)定，計時和計量足夠準(zhǔn)確。計量足夠準(zhǔn)確。4.2 節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計4.2.1 節(jié)流裝置測量原理及流量方程節(jié)流裝置

6、測量原理及流量方程原理：流體流過流道中節(jié)流元件時產(chǎn)生局部收縮，其流速原理：流體流過流道中節(jié)流元件時產(chǎn)生局部收縮，其流速增加，靜壓降低，根據(jù)節(jié)流元件前后靜壓差增加，靜壓降低，根據(jù)節(jié)流元件前后靜壓差p來計算流量來計算流量。 截面截面是節(jié)流裝置前流體未受節(jié)流裝置影響處截面；是節(jié)流裝置前流體未受節(jié)流裝置影響處截面； 截面截面是流束經(jīng)過節(jié)流裝置后收縮最厲害處截面。是流束經(jīng)過節(jié)流裝置后收縮最厲害處截面。constvS21 22/ dd Dd / 221vv214212221ppCCv能量損失系數(shù)流速不均修正系數(shù)、: :CC21代替：修正系數(shù)，pp：流束膨脹系數(shù)4212CC2102ppSQ截面距離很近，可以

7、設(shè)定 z1=z2忽略可壓縮性，則：流束收縮系數(shù)連續(xù)方程流量系數(shù)22222222222221121111gzCpgzCp可壓縮流體2102ppSQ截面直徑節(jié)流元件孔徑直徑比：- 流束收縮最小截面直徑對于不同幾何形狀的節(jié)流元件及不同的取壓方式，流量對于不同幾何形狀的節(jié)流元件及不同的取壓方式，流量方程中方程中和和各不相同，受多種因素影響，由實(shí)驗(yàn)求出。各不相同，受多種因素影響，由實(shí)驗(yàn)求出。標(biāo)準(zhǔn)形式：標(biāo)準(zhǔn)形式：和和的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；保證實(shí)驗(yàn)相似的幾何相的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；保證實(shí)驗(yàn)相似的幾何相似條件和流體動力學(xué)相似條件。似條件和流體動力學(xué)相似條件。使用給出的使用給出的和和值，在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，根據(jù)壓差值，在規(guī)定的誤差

8、范圍內(nèi)，根據(jù)壓差直接計算得到流量。直接計算得到流量。4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB2624-2006GB2624-2006規(guī)定的部分標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置規(guī)定的部分標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置: :標(biāo)準(zhǔn)孔板，角接取壓或法蘭取壓；標(biāo)準(zhǔn)孔板，角接取壓或法蘭取壓；標(biāo)準(zhǔn)噴嘴（標(biāo)準(zhǔn)噴嘴（ISA1932ISA1932噴嘴），角接取壓。噴嘴），角接取壓。其他標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)流裝置其他標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)流裝置: :長徑噴嘴；長徑噴嘴；文丘里管；文丘里管；文丘里噴嘴文丘里噴嘴 。由節(jié)流元件、取壓設(shè)備、節(jié)流元件前后直管段組成。由節(jié)流元件、取壓設(shè)備、節(jié)流元件前后直管段組成。2、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件標(biāo)準(zhǔn)孔板：標(biāo)準(zhǔn)孔板：用不銹鋼或

9、其它金用不銹鋼或其它金屬材料制造的薄板，屬材料制造的薄板，它具有圓形開孔并它具有圓形開孔并與管道同心，與管道同心，其直其直角入口邊緣非常銳角入口邊緣非常銳利利，且相對于開孔，且相對于開孔軸線是旋轉(zhuǎn)對稱的。軸線是旋轉(zhuǎn)對稱的。標(biāo)準(zhǔn)孔板的形狀如標(biāo)準(zhǔn)孔板的形狀如圖所示。圖所示。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：即即ISA1932噴嘴。噴嘴。它是一個它是一個以管道喉以管道喉部開孔軸線為中心部開孔軸線為中心線的旋轉(zhuǎn)對稱體線的旋轉(zhuǎn)對稱體，由兩個圓弧曲面構(gòu)由兩個圓弧曲面構(gòu)成的入口收縮部分成的入口收縮部分及與之相接的圓筒及與之相接的圓筒形喉部所組成。其形喉部所組成。其結(jié)構(gòu)如圖所示。結(jié)構(gòu)如圖所示。取壓方式取壓方式 節(jié)流元件前后

10、壓力差節(jié)流元件前后壓力差 p的值，與取壓孔位置和取壓方式緊密的值，與取壓孔位置和取壓方式緊密相關(guān)。常見取壓方式有以下五種：相關(guān)。常見取壓方式有以下五種： (1)角接取壓角接取壓: 上下游取壓管上下游取壓管位于孔板位于孔板(或噴嘴或噴嘴)的的前后端面處前后端面處。角接。角接取壓包括單獨(dú)鉆孔和環(huán)室取壓。如圖中取壓包括單獨(dú)鉆孔和環(huán)室取壓。如圖中l(wèi)l位置。位置。(2)法蘭取壓：法蘭取壓：上下游側(cè)取壓孔上下游側(cè)取壓孔軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間距軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間距離均為離均為25.40.8mm（1inch)。取壓孔開在孔板上下游側(cè)的法蘭。取壓孔開在孔板上下游側(cè)的法蘭上如圖中上如圖中22位置。

11、位置。(3)徑距取壓：徑距取壓：上游側(cè)取壓孔上游側(cè)取壓孔軸線至孔板上游端面距離為軸線至孔板上游端面距離為1D0.1D，下游側(cè)取壓孔下游側(cè)取壓孔軸線至孔極下游端面距離為軸線至孔極下游端面距離為0.5D。如圖中的。如圖中的33位置位置（D管道直徑）。管道直徑）。(4)理論取壓：理論取壓：上游側(cè)取壓孔上游側(cè)取壓孔軸線至孔板上游端面距離為軸線至孔板上游端面距離為l D0.1D，下游側(cè)取壓孔軸線至孔板下游端面距離因下游側(cè)取壓孔軸線至孔板下游端面距離因 值不同而異。值不同而異。該距離理該距離理論上就是流束收縮到最小截面的距離論上就是流束收縮到最小截面的距離。如圖中的。如圖中的44位置。位置。(5)管接取壓

12、：管接取壓：上游側(cè)取壓孔上游側(cè)取壓孔軸線至孔板上游端面距離為軸線至孔板上游端面距離為2.5D，下游下游側(cè)取壓孔側(cè)取壓孔軸線至孔板下游端面距離為軸線至孔板下游端面距離為8D如圖中的如圖中的55位置該方位置該方法使用很少。法使用很少。標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種取壓裝置，即國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種取壓裝置，即角接取壓角接取壓裝置和裝置和法法蘭取壓蘭取壓裝置。裝置。（1）角接取壓裝置角接取壓裝置角接取壓裝置可以采用角接取壓裝置可以采用環(huán)室環(huán)室或或夾緊環(huán)夾緊環(huán)( (單獨(dú)鉆孔單獨(dú)鉆孔) )取得節(jié)流件取得節(jié)流件前后的差壓。前后的差壓。 環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓 角接取壓角接

13、取壓法蘭取壓法蘭取壓角接取壓：角接取壓：比較簡便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測量精度較高。法蘭取壓：法蘭取壓：結(jié)構(gòu)較簡單，容易裝配，計算也方便，但精度較角接取壓低些。（2）法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置由兩個帶法蘭取壓裝置由兩個帶取壓孔取壓孔的取壓法蘭組成。的取壓法蘭組成。n標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道條件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道條件 n標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流體條件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流體條件 滿管：滿管：流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動；流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動；單相：單相：流體在物理上和熱力學(xué)上應(yīng)是單相的，且流經(jīng)流體在物理上和熱力學(xué)上應(yīng)是單相的，且流經(jīng)測量元件時不發(fā)生相變；測量元件時不發(fā)生相變；低于音速：低于音

14、速：流體的速度一般應(yīng)低于音速。流體的速度一般應(yīng)低于音速。 此外，流體須在圓管內(nèi)流動，且密度和粘度已知，流此外，流體須在圓管內(nèi)流動，且密度和粘度已知，流速穩(wěn)定，不存在旋渦，流量變化緩慢，不宜測量脈動流。速穩(wěn)定，不存在旋渦，流量變化緩慢，不宜測量脈動流。節(jié)流元件前后直管段結(jié)構(gòu)尺寸要求見節(jié)流元件前后直管段結(jié)構(gòu)尺寸要求見P109頁表頁表4-1；盡可能把溫度計套管安裝在節(jié)流元件之后，距離大盡可能把溫度計套管安裝在節(jié)流元件之后，距離大于于5D。4.2.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的參數(shù)1.流量系數(shù)流量系數(shù)與與 值、值、 ReD值值以及管道粗糙度有關(guān)，管道越粗糙，以及管道粗糙度有關(guān)，管道越粗糙，就越大

15、。就越大。4212CC流量系數(shù)能量損失系數(shù)均流速替代的修正系數(shù)截面流速不均勻，用平、:CC21的修正、代替、：修正系數(shù)，對使用2121pppp2.膨脹損失膨脹損失對角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板，對角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板，可由如下經(jīng)驗(yàn)公式計算可由如下經(jīng)驗(yàn)公式計算0.9351124)10.3184(0.37071k)/p(p)1 (11)1 (11)1(214411121kkkkppppppkkpp對于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，可按等熵流動過程推導(dǎo)出對于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，可按等熵流動過程推導(dǎo)出3壓力損失壓力損失 p由流體流經(jīng)節(jié)流元件會產(chǎn)生渦流等原因引起，其大小可由流體流經(jīng)節(jié)流元件會產(chǎn)生渦流等原因引起，其大小可按下式估算：按下式估算： pp

16、p22114.2.5 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍流體條件：易沉淀、有腐蝕性流體，應(yīng)采用噴嘴。流體條件：易沉淀、有腐蝕性流體，應(yīng)采用噴嘴。管道條件：管道內(nèi)壁較粗糙，宜采用噴嘴；若用孔板管道條件：管道內(nèi)壁較粗糙，宜采用噴嘴；若用孔板時，應(yīng)采用法蘭取壓。時，應(yīng)采用法蘭取壓。壓力損失：孔板的壓力損失最大。壓力損失：孔板的壓力損失最大。運(yùn)行精度：高參數(shù)、大流量狀態(tài)下，通常采用噴嘴。運(yùn)行精度：高參數(shù)、大流量狀態(tài)下，通常采用噴嘴。在同一在同一值下，噴嘴較孔板值下，噴嘴較孔板d大，故測量范圍大。大，故測量范圍大。與噴嘴相比，孔板的最大優(yōu)點(diǎn)是加工方便、安裝容易、與噴嘴相比，孔板的最大優(yōu)點(diǎn)是加工

17、方便、安裝容易、省料、造價低。省料、造價低。4.3 速度式流量計速度式流量計n渦輪流量計、電磁流量計、靶式流量計、渦街流量計、超聲波流量計 4.3.1 渦輪流量計渦輪流量計工作原理：工作原理：利用置于流體中的葉輪受流體沖擊而旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角速度利用置于流體中的葉輪受流體沖擊而旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角速度與流體速度成比例，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速就能獲得體積流量的大小。與流體速度成比例，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速就能獲得體積流量的大小。渦輪磁電轉(zhuǎn)換裝置前置放大器信號脈沖頻率轉(zhuǎn)速流量流體tg nSrQ002流量方程：流量方程：QnZf60/渦輪葉片與渦輪軸線夾角；渦輪葉片與渦輪軸線夾角；r0葉輪平均半徑；葉輪平均半徑；S0

18、葉柵流通面積；葉柵流通面積；vQr0處流體切向速度。處流體切向速度。磁電法：磁電法：n的測量有磁電法、光電法、的測量有磁電法、光電法、霍爾效應(yīng)法等。渦輪葉片數(shù)為霍爾效應(yīng)法等。渦輪葉片數(shù)為Z，則有：，則有：流量系數(shù)流量系數(shù) ：機(jī)械摩擦和機(jī)械摩擦和各種阻力作各種阻力作用下，用下，不是不是常數(shù)。常數(shù)。流體黏度流體黏度5 10-6m2/s，重新標(biāo)定。，重新標(biāo)定。反作用力矩相對增大反作用力矩相對增大測量精度高，重復(fù)性好基本誤差測量精度高，重復(fù)性好基本誤差 0.25-1.5之間之間. .測量范圍較寬，可測的小流量為測量范圍較寬，可測的小流量為40kg/h40kg/h，最大流量可達(dá)，最大流量可達(dá)16106k

19、g/h 。慣性小，可用于瞬時流量的測量。慣性小，可用于瞬時流量的測量。溫度使用范圍廣，有的可測溫度使用范圍廣，有的可測200 的低溫介質(zhì)的流量，的低溫介質(zhì)的流量，有的可測有的可測400介質(zhì)的流量。介質(zhì)的流量。輸出是數(shù)字信號，容易實(shí)現(xiàn)流量積算和定量控制，可與輸出是數(shù)字信號，容易實(shí)現(xiàn)流量積算和定量控制，可與調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和計算機(jī)配套使用。調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和計算機(jī)配套使用。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 制造成本高，對被測流體的清潔度要求高。制造成本高，對被測流體的清潔度要求高。 渦輪流量計的安裝渦輪流量計的安裝1、流量計應(yīng)安裝在便于維修且對管道無振動或配管無應(yīng)力的地點(diǎn)，同、流量計應(yīng)安裝在便于維修且對管道無

20、振動或配管無應(yīng)力的地點(diǎn)，同時避免受強(qiáng)磁場和強(qiáng)熱輻射的影響。信號傳輸線要采用屏蔽電纜，并應(yīng)遠(yuǎn)時避免受強(qiáng)磁場和強(qiáng)熱輻射的影響。信號傳輸線要采用屏蔽電纜，并應(yīng)遠(yuǎn)離動力線。離動力線。2、流量計要配置前后直管段，上游直管段長、流量計要配置前后直管段，上游直管段長15D(D為渦輪流量計直徑為渦輪流量計直徑)以上，下游直管段為以上，下游直管段為4D以上。上游段若加整流器，效果更佳。以上。上游段若加整流器，效果更佳。3、流量計上游段要加裝過濾器，以除去流體中的雜質(zhì)。、流量計上游段要加裝過濾器，以除去流體中的雜質(zhì)。4、測定容易產(chǎn)生蒸汽的流體時，必須安裝氣體分離器。、測定容易產(chǎn)生蒸汽的流體時，必須安裝氣體分離器。

21、5、預(yù)計有過大流量情況下，在流量計下游段要安裝控制閥門，以、預(yù)計有過大流量情況下，在流量計下游段要安裝控制閥門，以限制流體的流量，以免影響流量計軸承的使用壽命。限制流體的流量，以免影響流量計軸承的使用壽命。4.3.2 電磁流量計電磁流量計1工作原理工作原理24sinDuqtBBBDuevmtBDeqmvsin4kEEBCDuDCQ121441流體流量方程流體流量方程2電磁流量計的勵磁方式電磁流量計的勵磁方式（1）直流勵磁直流勵磁（2 2）交流勵磁）交流勵磁（3 3）低頻方波勵磁）低頻方波勵磁3電磁流量計的特點(diǎn)電磁流量計的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n 由于變送器內(nèi)徑與管道內(nèi)徑相向，故其測量為無干擾測量，壓

22、由于變送器內(nèi)徑與管道內(nèi)徑相向，故其測量為無干擾測量，壓力損失??；力損失小；n 適用于含有顆粒、懸浮物等流體以及腐蝕性介質(zhì)；適用于含有顆粒、懸浮物等流體以及腐蝕性介質(zhì)；n 測得的體積流量不受溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；測得的體積流量不受溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；n 流量測量范圍大，流量計的管徑流量測量范圍大，流量計的管徑2.5mm2.4m；n 反應(yīng)靈敏，可以測量正反方向的流體流量和脈動流量；反應(yīng)靈敏，可以測量正反方向的流體流量和脈動流量；n 測量精度為測量精度為0.51.5級。級。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電液體，不能用于氣體、蒸汽及被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電液體，不能用于氣體、蒸

23、汽及石油制品的流量測量；石油制品的流量測量；n流速測量下限有一定限度，工作壓力受到限制；流速測量下限有一定限度，工作壓力受到限制；n結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高。4電磁流量計的安裝（補(bǔ)充）電磁流量計的安裝（補(bǔ)充）n變送器最好垂直安裝，并使流體自下而上通過變送器，變送器最好垂直安裝，并使流體自下而上通過變送器，若水平安裝，則必須保證兩電極處于同一水平面上；若水平安裝，則必須保證兩電極處于同一水平面上；n安裝地點(diǎn)應(yīng)避免有較強(qiáng)的交直流磁場或有劇烈震動；安裝地點(diǎn)應(yīng)避免有較強(qiáng)的交直流磁場或有劇烈震動；n上游直管段大于上游直管段大于5D，下游不作要求；，下游不作要求；n變送器輸出的電勢變

24、送器輸出的電勢E是以變送器內(nèi)液體電位為基準(zhǔn)的，為是以變送器內(nèi)液體電位為基準(zhǔn)的，為使液體電位穩(wěn)定并與變送器等電位，變送器外殼、金屬管使液體電位穩(wěn)定并與變送器等電位，變送器外殼、金屬管道兩端應(yīng)有良好的接觸并接地，轉(zhuǎn)換器外殼也應(yīng)接地。道兩端應(yīng)有良好的接觸并接地，轉(zhuǎn)換器外殼也應(yīng)接地。 其測量元件是一個在測量管中其測量元件是一個在測量管中心并垂直于流向的被稱為心并垂直于流向的被稱為“靶靶”的圓板。通過測量流體作用在靶的圓板。通過測量流體作用在靶上的力而實(shí)現(xiàn)流量測量。上的力而實(shí)現(xiàn)流量測量。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：流量變送器流量變送器顯示顯示 可用于低雷諾數(shù)、高粘度、可用于低雷諾數(shù)、高粘度、含固體顆粒的漿液及腐蝕介含

25、固體顆粒的漿液及腐蝕介質(zhì)流量測量。質(zhì)流量測量。4.3.3 靶式流量計靶式流量計 圖圖4-16 靶式流量計工作原理示意圖靶式流量計工作原理示意圖1-靶靶 2-密封膜片密封膜片 3-導(dǎo)流管導(dǎo)流管流體對靶的作用力：流體對靶的作用力：n 流體的流體的動壓力動壓力；n “死水區(qū)死水區(qū)”和旋渦面造成和旋渦面造成“抽吸效應(yīng)抽吸效應(yīng)”，靶的前后存，靶的前后存在靜壓差，此靜壓差對靶產(chǎn)在靜壓差，此靜壓差對靶產(chǎn)生一個生一個作用力作用力；n 流體流通截面縮小，流速流體流通截面縮小，流速增加，流體與靶的周邊產(chǎn)生增加，流體與靶的周邊產(chǎn)生粘滯摩擦力粘滯摩擦力。， 2002412dAA vKF 當(dāng)流體的雷諾數(shù)當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)

26、到一定數(shù)值，阻達(dá)到一定數(shù)值，阻力系數(shù)力系數(shù) 不隨雷諾數(shù)不隨雷諾數(shù)變化，而變化，而保持常數(shù)，保持常數(shù)，2000g Re因此可得因此可得環(huán)隙環(huán)隙中的流量：中的流量：ddD)F(KG2221212 21 KKDd F1DK.G)(2531 流量與靶輸出力流量與靶輸出力F的平方根成正比的平方根成正比 流量計前后應(yīng)有必要的直管段，一般表前大于流量計前后應(yīng)有必要的直管段，一般表前大于5D，表后大于表后大于3D；流量計一般水平安裝，如果必須安裝在垂直管道上時，流量計一般水平安裝，如果必須安裝在垂直管道上時，由于重力影響，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，故安裝后要重新調(diào)整零點(diǎn)；由于重力影響，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，故安裝后要重新調(diào)整零點(diǎn)

27、；靶式流量計測量的下限低，其流量系數(shù)靶式流量計測量的下限低，其流量系數(shù) 對臟污介質(zhì)對臟污介質(zhì)不敏感，精度約為不敏感，精度約為1級，適用管徑級，適用管徑0.0150.2m；在選用靶式流量計時，應(yīng)確切了解產(chǎn)品的規(guī)范。在選用靶式流量計時，應(yīng)確切了解產(chǎn)品的規(guī)范。 K 靶式流量計的壓力損失一般低于節(jié)流式流量計，約靶式流量計的壓力損失一般低于節(jié)流式流量計，約為孔板壓力損失的一半。為孔板壓力損失的一半。靶式流量計的安裝和使用靶式流量計的安裝和使用4.3.4 渦街流量計渦街流量計 在流體中垂直于流向插入一非流線形的柱狀物體，例如在流體中垂直于流向插入一非流線形的柱狀物體，例如圓柱體或三角柱體，當(dāng)流速大于一圓柱

28、體或三角柱體，當(dāng)流速大于一 定值時，流體從柱狀體定值時，流體從柱狀體分離出來，并在物體之后兩側(cè)會交替出現(xiàn)旋渦。兩側(cè)的旋渦分離出來，并在物體之后兩側(cè)會交替出現(xiàn)旋渦。兩側(cè)的旋渦旋轉(zhuǎn)方向相反，形成旋渦列，這種旋渦列被稱作旋轉(zhuǎn)方向相反，形成旋渦列，這種旋渦列被稱作卡門渦街卡門渦街。fSrmfSrmQ2dD4dA 體積流量體積流量 圓柱漩渦發(fā)生器圓柱漩渦發(fā)生器 54D1010 Re 210.Sr 等邊三角形漩渦發(fā)生器等邊三角形漩渦發(fā)生器 54D10510 Re160.Sr )DdarcsinDdDd(AAm 221121 卡門從理論上證明：當(dāng)卡門從理論上證明：當(dāng) 時時 ，渦街最穩(wěn)定！，渦街最穩(wěn)定！ 28

29、1. 0/ .Lh漩渦頻率的測量方法漩渦頻率的測量方法 渦街流量計變送器轉(zhuǎn)換器旋渦發(fā)生體旋渦檢測器 將旋渦檢測器發(fā)出的旋渦頻率信號放大整形后變換將旋渦檢測器發(fā)出的旋渦頻率信號放大整形后變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(420mA) )輸出，并輸出方波脈沖信輸出，并輸出方波脈沖信號供流量積算之用。號供流量積算之用。結(jié)構(gòu)說明：結(jié)構(gòu)說明：圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通，空腔由隔板分成二部分。相通，空腔由隔板分成二部分?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：當(dāng)漩渦在圓柱體下側(cè)產(chǎn)生時，出于升力的作用圓當(dāng)漩渦在圓柱體下側(cè)產(chǎn)生時，出于升力的作用圓柱體下方的壓力比上方高，反之當(dāng)漩渦

30、在圓柱體上側(cè)產(chǎn)柱體下方的壓力比上方高，反之當(dāng)漩渦在圓柱體上側(cè)產(chǎn)生時，上方壓力比下方高。生時，上方壓力比下方高。漩渦頻率的可能檢測方案漩渦頻率的可能檢測方案:1.鉑電阻絲溫度計法鉑電阻絲溫度計法2.膜片法膜片法3.壓電晶體法壓電晶體法4.超聲波法超聲波法漩渦頻率的檢測漩渦頻率的檢測旋渦發(fā)生體的檢測電路三角柱渦街三角柱渦街流量計流量計渦街流量計的安裝渦街流量計的安裝1、渦街流量計送器安裝地點(diǎn)應(yīng)特別注意避免機(jī)械振動，尤其這意避免渦街流量計送器安裝地點(diǎn)應(yīng)特別注意避免機(jī)械振動，尤其這意避免管道振動；管道振動；2、變送器可安裝在水下或垂直的管道上使用，被測流體流向要與變送變送器可安裝在水下或垂直的管道上使

31、用，被測流體流向要與變送器上的標(biāo)志一致，垂直安裝變送器應(yīng)選液體自下而上流動的管道安裝，器上的標(biāo)志一致，垂直安裝變送器應(yīng)選液體自下而上流動的管道安裝，以保證滿管流動和不受氣泡影響。以保證滿管流動和不受氣泡影響。3、為保證流體流過旋渦發(fā)生體時能達(dá)到產(chǎn)生穩(wěn)定渦街所必要的流動條為保證流體流過旋渦發(fā)生體時能達(dá)到產(chǎn)生穩(wěn)定渦街所必要的流動條件，要求旋渦發(fā)生體下游直管段長度不小于件，要求旋渦發(fā)生體下游直管段長度不小于 5D，上游直管段要求如下表，上游直管段要求如下表所示。所示。4、變送器安裝管段最好加裝旁路管及必要的閥門。、變送器安裝管段最好加裝旁路管及必要的閥門。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量幾乎不受流體參數(shù)變化的影響，

32、用水或空氣標(biāo)測量幾乎不受流體參數(shù)變化的影響，用水或空氣標(biāo)定后的流量計無須校正即可用于其它介質(zhì)的測量；定后的流量計無須校正即可用于其它介質(zhì)的測量；渦街流量計測量精度較高，可達(dá)渦街流量計測量精度較高，可達(dá)1級；級；量程比寬，可達(dá)量程比寬，可達(dá)30100:1；使用壽命長，壓力損失小，安裝與維護(hù)比較方便；使用壽命長，壓力損失小，安裝與維護(hù)比較方便；易與數(shù)字儀表或計算機(jī)接口；易與數(shù)字儀表或計算機(jī)接口；對氣體、液體和蒸汽等介質(zhì)均適用。對氣體、液體和蒸汽等介質(zhì)均適用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：流體流速分布情況和脈動情況將影響測量準(zhǔn)確度，流體流速分布情況和脈動情況將影響測量準(zhǔn)確度，因此適用于紊流流速分布變化小的情況。因此適

33、用于紊流流速分布變化小的情況。渦街流量計的特點(diǎn)渦街流量計的特點(diǎn) 當(dāng)超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對接收到的超聲波信號進(jìn)行分析計算，可以檢測到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。超聲波流量測量方法有很多，傳播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、相關(guān)法、流速液面法。 4.3.5 超聲波流量計超聲波流量計在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器F F1 1和和F F2 2以及兩個接以及兩個接收換能器收換能器J J1 1和和J J2 2，F(xiàn) F1 1J J1 1和和F F2 2J J2 2與管道軸線夾角為與管道軸線夾角為a a，管徑為，管徑為D D

34、，流體由左向右流動，速度為流體由左向右流動，速度為v v，此時由，此時由F F1 1到到J J1 1超聲波傳播速超聲波傳播速度為度為F2到J2超聲波傳播速度為： 測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。速度之差來得到到被測流體的流速。一、傳播速度法一、傳播速度法n時差法（測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播時差法（測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差）；速度不同而引起的時間差）；n相差法（測量超聲波在順、逆流中傳播的相位相差法（測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差）；差）；n頻差法（測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)

35、頻差法（測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差）。頻率差）。時差法就是測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差 1、時差法、時差法tLcu 222122cuLttt 按順流方向，超聲波到達(dá)接收器時間 按逆流方向，超聲波到達(dá)接收器時間 1t2t缺陷缺陷：必須已知聲速：必須已知聲速c，并且聲速常隨著溫度的并且聲速常隨著溫度的變化而變化，給測量帶變化而變化，給測量帶來測量誤差。因此需要來測量誤差。因此需要進(jìn)行聲速修正。進(jìn)行聲速修正。2、相差法相差法所謂相差法，既是通過測量超聲波在順流和逆流時傳播的相位差來得到流速超聲波換能器 )Asin(0t)t ( s tft12 2 fLcLcu4222011 t

36、022 t3、頻差法頻差法頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來測量流量的。順流時脈沖循環(huán)頻率 Luctf 111逆流時脈沖循環(huán)頻率 Luctf 221Lufff221 fLu 2uu34 層流 紊流 uku uDkuDqV2244 結(jié)論：結(jié)論：流速只與頻率差有關(guān)，與聲流速只與頻率差有關(guān)，與聲速無關(guān)，消除了聲速的影響速無關(guān)，消除了聲速的影響 多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對運(yùn)動，會引起反射聲波與聲源在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對速度。二二.多普勒法多普勒法利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量。利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量。物體輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春?/p>

37、觀測者的相對運(yùn)動而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 （藍(lán)移blue shift）；當(dāng)運(yùn)動在波源后面時，會產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低 （紅移red shift）；波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)波紅（藍(lán)）移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運(yùn)動的速度。 從發(fā)射晶體從發(fā)射晶體T T1 1發(fā)射的發(fā)射的超聲波束遇到流體中運(yùn)動超聲波束遇到流體中運(yùn)動著顆?；驓馀?，再反射回著顆?；驓馀?，再反射回來由接收晶體來由接收晶體R R1 1接收。接收。 發(fā)射信號與接收信號發(fā)射信號與接收信號的的多普勒頻移與流體流速多普勒頻移與流體流速成正比成正比。多普勒法原理多普勒

38、法原理4.4 容積式流量計容積式流量計u容積式流量計是以單位時間內(nèi)所排出的流體容積相對于固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)的儀表。屬于這一類的流量計有腰輪流量計、刮板流量計等。由于直接測量流體的體積，在理論上，所測流量與流體的粘性、密度和流態(tài)無關(guān)。u測量流體體積是一種常用來標(biāo)定一般流量計的方法。u容積流量計精度可達(dá)到0.1%0.5%；u容積式流量計常用于流體性質(zhì)變化大而測量精度要求高的石油、食品和化工行業(yè)。括 板 式 流量 計橢 圓 齒 輪流 量 計腰 輪 流 量計活 塞 式流 量 計容 積 式 計 量 表粘度愈大的介質(zhì)，粘度愈大的介質(zhì)，從齒輪和計量空從齒輪和計量空間隙中泄漏出去間隙中泄漏出去的泄漏量

39、愈小，的泄漏量愈小，因此被測介質(zhì)的因此被測介質(zhì)的粘度愈大，對測粘度愈大，對測量愈有利。量愈有利。 工作原理與橢圓流量計相同，只是轉(zhuǎn)子不是橢圓工作原理與橢圓流量計相同，只是轉(zhuǎn)子不是橢圓齒輪，而是一對由圓弧和擺線圍成的中間凹進(jìn)的齒輪，而是一對由圓弧和擺線圍成的中間凹進(jìn)的腰形腰形光輪，形成菱角形測量光輪，形成菱角形測量室。室。0VNV可用于液體、氣可用于液體、氣體流量測量。體流量測量。IN為儀表系數(shù)刮板流量計工作原理示意圖刮板流量計工作原理示意圖1凸輪凸輪 2殼體殼體 3刮板刮板 4滾子滾子 5轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 6擋板擋板 轉(zhuǎn)子在流量計進(jìn)、出口轉(zhuǎn)子在流量計進(jìn)、出口差壓作用下轉(zhuǎn)動，每當(dāng)相差壓作用下轉(zhuǎn)動，每當(dāng)相

40、鄰兩刮板進(jìn)入計量區(qū)時均鄰兩刮板進(jìn)入計量區(qū)時均伸出至殼體內(nèi)壁且只隨轉(zhuǎn)伸出至殼體內(nèi)壁且只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動，形成具子旋轉(zhuǎn)而不滑動，形成具有固定容積的有固定容積的測量室測量室，當(dāng)，當(dāng)離開計量區(qū)時，刮板縮入離開計量區(qū)時，刮板縮入槽內(nèi)，流體從出口排出，槽內(nèi)，流體從出口排出，同時后一刮板又與其另一同時后一刮板又與其另一相鄰刮板形成測量室。轉(zhuǎn)相鄰刮板形成測量室。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，排出子旋轉(zhuǎn)一周，排出n份固定份固定體積體積的流體，由的流體，由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)就可以求得被測流體的就可以求得被測流體的流量流量。 1. 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經(jīng)濟(jì)核算

41、等所需要的都是質(zhì)量，并非體積；經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積；2. 在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測量耗時；換算成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測量耗時；3. 密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測量的目的。頻繁的情況下，難以達(dá)到測量的目的。 用質(zhì)量流量計來直接測量質(zhì)量流量，則無需再進(jìn)行上用質(zhì)量流量計來直接測量質(zhì)量流量，則無需再進(jìn)行上述人工換算。述人工換算。 4.5 質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計大致分為三大類：質(zhì)量流量計大致分為三大類： 1 1 直接式直接式 2 2 推導(dǎo)式推導(dǎo)式 3 3 補(bǔ)償式補(bǔ)償式 直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量，檢測元直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質(zhì)量流量。件直接反映出質(zhì)量流量。 1.直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計有兩種：直接式質(zhì)量流量計有兩種：1) 科里奧利質(zhì)量流量計科里奧利質(zhì)量流量計2) 熱式質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計1) 科里奧利質(zhì)量流量計科里奧利質(zhì)量流量計 當(dāng)質(zhì)量當(dāng)質(zhì)量m m的質(zhì)點(diǎn)以速度的質(zhì)點(diǎn)以速度v在對在對P P軸作角速度為軸作角速度為 旋旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時，質(zhì)點(diǎn)具有兩個分量的加速度及轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時，質(zhì)點(diǎn)具有兩個分量的加速度及相應(yīng)的加速度力。相應(yīng)的加速度力。法向