流量檢測(cè)及儀表課件-2

1、 第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表3.3 流量檢測(cè)及儀表1、差壓式流量計(jì) 2、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3、橢圓齒輪流量計(jì)4、電磁流量計(jì) 5、漩渦流量計(jì) 6、質(zhì)量流量計(jì) 7、其它流量檢測(cè)方法 幾個(gè)概念 瞬時(shí)流量：指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某截面的流體數(shù)量的大小?？偭炕蚶鄯e流量：指瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流體的總和。流量測(cè)量的任務(wù)： 根據(jù)測(cè)量目的，被測(cè)流體的種類、狀態(tài)、測(cè)量場(chǎng)所等條件，研究各種相應(yīng)的測(cè)量方法，并保證流量值的正確傳遞。流量的表示方式以體積表示的瞬時(shí)流量用 Q 表示，單位為 m3/s; 以體積表示的累積流量用 Qv 表示，單位為 m3質(zhì)量流量以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量用 M 表示，單位為 kg/s以質(zhì)量表示的累

2、積流量用 Mv 表示，單位為 kg 體積流量表示流體密度流量檢測(cè)的主要方法和分類 流量檢測(cè)方法有很多，就測(cè)量原理而言，可以分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩類。直接測(cè)量法：直接測(cè)量出管道中的體積流量或質(zhì)量流量。間接測(cè)量法：通過(guò)測(cè)量出流體的(平均)流速，結(jié)合管道的截 面積、流體的密度及工作狀態(tài)等參數(shù)計(jì)算得出。 3.3.2 差壓式流量計(jì) 差壓式流量計(jì)也稱為節(jié)流式流量計(jì)，它是目前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中流量測(cè)量最成熟、最常用的方法之一。 差壓式流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，即在管道中安裝一個(gè)比管道截面小比并帶孔的阻件，當(dāng)流體流過(guò)該阻件的孔時(shí)，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻件前后產(chǎn)生一個(gè)較

3、大的壓差。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。(a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板(b) 噴嘴(c) 文丘里管壓差的大小與流體流速的大小有關(guān)，流速愈大，差壓也愈大，因此只要測(cè)出差壓就可以推算出流速，進(jìn)而可以計(jì)算出流體的流量。如果通過(guò)壓差變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，則可供顯示、記錄或控制。(a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板(b) 噴嘴(c) 文丘里管123節(jié)流原理 流動(dòng)流體的能量有兩種形式：靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。 流速靜壓流量方程 123流速靜壓根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程，可以推導(dǎo)得出節(jié)流式流量計(jì)的流量方程，也就是差壓和流量之

4、間的定量關(guān)系式： 為流量系數(shù) 為可膨脹性系數(shù)A0為節(jié)流件的開孔面積 為節(jié)流裝置前的流體密度P:節(jié)流裝置前后實(shí)際測(cè)得的壓差 流量與壓力差的平方根成正比差壓式流量計(jì) 測(cè)量對(duì)象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面：從幾毫米到幾米；節(jié)流式特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)能力強(qiáng)， 幾乎能測(cè)量各種工況下的流量。差壓式流量計(jì) 孔板引壓管差壓計(jì)應(yīng)用非常廣泛。差壓式流量計(jì)組成節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與 流量成開方關(guān)系。引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（4-20mA）。差壓式

5、流量計(jì)3.3.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測(cè)量，因其流體的流速低，這就要求測(cè)量?jī)x表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。轉(zhuǎn)子流量計(jì)特別適宜于測(cè)量管徑50mm以下管道的流量，測(cè)量的流量可小到每小時(shí)幾升。 h轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由兩個(gè)部分組成：一是由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管（通常用透明玻璃制成）二是放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。測(cè)量原理： 被測(cè)流體由錐形管下端進(jìn)入，流經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙，再?gòu)纳隙肆鞒?。?dāng)流體流過(guò)的時(shí)候，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的一個(gè)力，使其浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。平衡的高度h與流體的流量成對(duì)應(yīng)關(guān)系。孔板流量計(jì)：

6、節(jié)流面積不變流量變化壓差發(fā)生變化轉(zhuǎn)子流量計(jì)：壓差不變流量變化節(jié)流面積發(fā)生變化h：轉(zhuǎn)子浮起的高度；：儀表常數(shù)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)種類浮子流量計(jì)有兩大類型：采用玻璃錐管的直讀式浮子流量計(jì)和采用金屬錐管的遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì)。直讀式浮子流量計(jì)主要由玻璃錐管、轉(zhuǎn)子和支撐結(jié)構(gòu)組成。流量標(biāo)尺直接刻在錐管上，由轉(zhuǎn)子位置高度讀出流量值。用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì)可采用金屬錐形管，它的信號(hào)遠(yuǎn)傳方式有電動(dòng)和氣動(dòng)兩種類型，測(cè)量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)子的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或氣信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳及顯示，圖為電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)工作原理。其轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為差動(dòng)變壓器組件，用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的位移。 3.3.4 橢圓齒輪流量計(jì)基本工作原理 “一碗一

7、碗”計(jì)量V轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就排出四個(gè)由橢圓齒輪與外殼圍成的半月形空腔的流體體積(4V)。在半月形體積V一定的情況下，只要測(cè)出流量計(jì)的轉(zhuǎn)速n就可以計(jì)算出被測(cè)流體的流量。流量方程 特點(diǎn)和要求計(jì)量精度高，一般可達(dá)0.20.5級(jí)，有的甚至能達(dá)到0.1級(jí)；一般只適用于10150mm的中小口徑；容積式流量計(jì)對(duì)被測(cè)流體的粘度變化不敏感，特別適合于測(cè)量高粘度的流體（例如重油、樹脂等）甚至糊狀物的流量，但要求被測(cè)介質(zhì)干凈，不含固體顆粒，所以一般情況下，流量計(jì)前要裝過(guò)濾器。由于受零件變形的影響，容積式流量計(jì)一般不宜在高溫或低溫下使用。 3.3.5電磁流量計(jì) 適用場(chǎng)合 可以檢測(cè)具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液，腐蝕性

8、液體以及含有固體顆粒的的液體測(cè)量，但不能檢測(cè)氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。 流量公式 當(dāng)導(dǎo)電的流體在磁場(chǎng)中以垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，就會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與磁場(chǎng)的強(qiáng)度、流體的速度和流體垂直切割磁力線的有效長(zhǎng)度成正比： 式中：Ex為感應(yīng)電勢(shì)；K為比例系數(shù)；B為磁場(chǎng)強(qiáng)度；D為管道直徑；v為垂直于磁力線的流體流動(dòng)速度；為儀表常數(shù) 在管道直徑D已經(jīng)確定，磁場(chǎng)強(qiáng)度B維持不變時(shí)，流體的體積流量與磁感應(yīng)電勢(shì)成線性關(guān)系。利用上述原理制成的流量檢測(cè)儀表稱為電磁流量計(jì)。 測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)可動(dòng)或突出于管道內(nèi)部的部件，因而壓力損失極??；只要是導(dǎo)電的，被測(cè)流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以

9、是酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)；流量計(jì)的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；電磁流量計(jì)的量程比一般為10:1，精度較高的量程比可達(dá)100:1；測(cè)量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測(cè)量；測(cè)量精度一般優(yōu)于0.5級(jí)；電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測(cè)量脈動(dòng)流量；電磁流量計(jì)的特點(diǎn)電磁流量計(jì)主要缺點(diǎn)：被測(cè)流體必須是導(dǎo)電的，不能小于水的電導(dǎo)率；不能測(cè)量氣體、蒸汽和石油制品等的流量；由于襯里材料的限制，一般使用溫度為0200；因電極嵌裝在測(cè)量導(dǎo)管上的，使工作壓力限制(一般0.25MPa）。3.3.6 渦輪流量計(jì) 基本工作原理 流體沖擊渦輪葉片，

10、使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，通過(guò)渦輪外的磁電轉(zhuǎn)換裝置可將渦輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電脈沖 。SN渦輪流量測(cè)量原理圖 流體通過(guò)渦輪流量計(jì)時(shí)推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪葉片周期性地掃過(guò)磁鋼，使磁路磁阻發(fā)生周期性地變化，線圈感應(yīng)產(chǎn)生的交流電信號(hào)頻率與渦輪轉(zhuǎn)速成正比，即與流速成正比。渦輪流量計(jì)的流量方程式為：qv儀表常數(shù)與流量計(jì)的渦輪結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在流量計(jì)的使用范圍內(nèi)，值保持為常數(shù)，使流量與轉(zhuǎn)速接近線性關(guān)系。為角頻率。渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)及使用渦輪流量計(jì)可以測(cè)量氣體、液體流量，但要求被測(cè)介質(zhì)潔凈，并且不適用于粘度大的液體測(cè)量。安裝方便，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與葉片間不需密封和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而測(cè)量精度高，可達(dá)到0

11、.5級(jí)以上，在小范圍內(nèi)誤差可以0.1；因?yàn)榛诖烹姼袘?yīng)的轉(zhuǎn)換原理，使渦輪流量計(jì)具有較高的反應(yīng)速度，可測(cè)脈動(dòng)流量；由于流量與渦輪轉(zhuǎn)速之間成線性關(guān)系，儀表刻度可為線性，范圍度可達(dá)（1020）：1，主要用于中小口徑的流量檢測(cè)；輸出頻率信號(hào)便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連，儀表有較寬的工作溫度范圍（-200400），可耐較高工作壓力（10MPa）。 渦輪流量變送器-GRLWGY將渦輪流量傳感器與顯示儀表配套組成智能渦輪流量計(jì)。傳感器具有精度高，重復(fù)性好，壽命長(zhǎng)操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測(cè)量液體的體積瞬時(shí)流量和體積總量。3.3.7漩渦流量計(jì) 基本工作原理 把一個(gè)漩渦發(fā)生體（非流線型對(duì)

12、稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過(guò)漩渦發(fā)生體時(shí)會(huì)在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，形成渦列，該漩渦列就稱為卡曼渦街。 只有當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距l(xiāng)滿足為hl0.281條件時(shí)，卡曼渦列才是穩(wěn)定的。且穩(wěn)定漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體流速v成正比，與柱體的特征尺寸d（漩渦發(fā)生體的迎面最大寬度）成反比，即： 流量方程 St稱為斯特勞哈爾數(shù)（無(wú)因次數(shù)），St主要與漩渦發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。在雷諾數(shù)為5000150000的范圍內(nèi)，St基本上為一常數(shù)。 如圓柱體St0.21、三角柱體St=0.16，而旋渦發(fā)生體寬度d也是定值，因此，旋渦產(chǎn)生的頻率與流體的平均流速成正比。所以，只要測(cè)

13、得旋渦的頻率就可以得到流體的流速，進(jìn)而可求得體積流量。 漩渦頻率的檢測(cè)方法：熱敏檢測(cè)法、電容檢測(cè)法、壓力檢測(cè)法、超聲檢測(cè)法等。渦街流量計(jì)輸出信號(hào)（頻率）不受流體物性和組分變化的影響，僅與旋渦發(fā)生體形狀和尺寸以及流體的雷諾數(shù)有關(guān)。渦街流量計(jì)適用于氣體、液體和蒸汽介質(zhì)的流量測(cè)量，其測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)（溫度、壓力、密度、粘度）變化的影響。渦街流量計(jì)的特點(diǎn)是在儀表內(nèi)部無(wú)可動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)；壓力損失小，尤其適用于大口徑管道的流量測(cè)量；輸出為頻率信號(hào)，測(cè)量精度比較高，可為0.5級(jí)或1.0級(jí)。它 是一種正在得到廣泛應(yīng)用的新型流量?jī)x表。渦街流量計(jì)特點(diǎn)及使用插入式渦街流量計(jì)LWGY渦輪流量計(jì) 質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x

14、表通?？煞譃閮纱箢悾褐苯邮劫|(zhì)量流量計(jì)和間接式質(zhì)量流量計(jì)。直接式質(zhì)量流量計(jì)是直接輸出與質(zhì)量流量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，以反映質(zhì)量流量的大小。間接式質(zhì)量流量計(jì)采用密度或溫度、壓力補(bǔ)償?shù)霓k法，在測(cè)量體積流量的同時(shí)，測(cè)量流體的密度或流體的溫度、壓力值，再通過(guò)運(yùn)算求得質(zhì)量流量?，F(xiàn)在帶有微處理器的流量傳感器均可實(shí)現(xiàn)這一功能，這種儀表又稱為推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)。3.4.8 質(zhì)量流量計(jì)科里奧利力質(zhì)量流量計(jì) (直接式質(zhì)量流量計(jì))基本工作原理 （實(shí)驗(yàn)） 將充水軟管（水不流動(dòng)）兩端懸掛，使其中段下垂成U形，靜止時(shí)，U形的兩管處于同一平面，并垂直于地面，左右擺時(shí)，兩管同時(shí)彎曲，仍然保持在同一曲面如圖a。 若將軟管與水源相接，使水由一端流入，從另一端流出（如圖b和c）。當(dāng)U形管受外力作用向右左擺動(dòng)時(shí)，它將發(fā)生扭曲。扭曲的方向總是出水側(cè)的擺動(dòng)要早于入水側(cè)； 隨著質(zhì)量流量的增加，這種現(xiàn)象變得更加明顯，出水側(cè)擺動(dòng)相位超前于入水側(cè)更多。 利用科氏力構(gòu)成的質(zhì)量流量計(jì)有直管、彎管、單管、雙管等多種形式。雙彎管型（最常見(jiàn)）它由兩根金屬U形管組成，其端部連通并與被測(cè)管路相連?？评飱W利力質(zhì)量流量計(jì)