化工儀表及自動化第3章

1、化工儀表及自動化第三章 流量檢測 內(nèi)容提要要差壓式流流量計(jì)節(jié)流現(xiàn)象象與流量量基本方方程式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流流裝置差壓變送送器差壓式流流量計(jì)的的測量誤誤差轉(zhuǎn)子流量量計(jì)工作原理理電遠(yuǎn)傳式式轉(zhuǎn)子流流量計(jì)漩渦流量量計(jì)1內(nèi)容提要要質(zhì)量流量量計(jì)直接式質(zhì)質(zhì)量流量量計(jì)補(bǔ)償式質(zhì)質(zhì)量流量量計(jì)其他流量量計(jì)靶式流量量計(jì)橢圓齒輪輪流量計(jì)計(jì)渦輪流量量計(jì)電磁流量量計(jì)2概述介質(zhì)流量量是控制生生產(chǎn)過程程達(dá)到優(yōu)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)產(chǎn)和安全全生產(chǎn)以以及進(jìn)行行經(jīng)濟(jì)核核算所必必需的一一個重要要參數(shù)。流量大小?。簡挝粫r間間內(nèi)流過過管道某某一截面面的流體體數(shù)量的的大小，即瞬時時流量?？偭浚涸谀骋欢味螘r間內(nèi)內(nèi)流過管管道的流流體流量量的總和和，即瞬瞬時流量量在某一

2、一段時間間內(nèi)的累累計(jì)值。定義3概述質(zhì)量流量量M體積流量量Q如以t表示時間間，則流流量和總總量之間間的關(guān)系系是流量計(jì)：測量流體體流量的的儀表。計(jì)量表：測量流體體總量的的儀表。4概述1.速度式流量計(jì) 以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。 2.容積式流量計(jì) 以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。 3.質(zhì)量流量計(jì) 以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。 5分類第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)差壓式（也稱節(jié)節(jié)流式）流量計(jì)計(jì)是基于流流體流動動的節(jié)流流原理，利用流流體流經(jīng)經(jīng)節(jié)流裝裝置時產(chǎn)產(chǎn)生的壓壓力差而而實(shí)現(xiàn)流流量測量量的。通常是由由

3、能將被被測流量量轉(zhuǎn)換成成壓差信信號的節(jié)節(jié)流裝置置和能將將此壓差差轉(zhuǎn)換成成對應(yīng)的的流量值值顯示出出來的差差壓計(jì)以以及顯示示儀表所所組成。6第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)一、節(jié)流流現(xiàn)象與與流量基基本方程程式1.節(jié)流現(xiàn)象象流體在有有節(jié)流裝裝置的管管道中流流動時，在節(jié)流流裝置前前后的管管壁處，流體的的靜壓力力產(chǎn)生差差異的現(xiàn)現(xiàn)象稱為為節(jié)流現(xiàn)象象。節(jié)流裝置置就是在在管道中中放置的的一個局局部收縮縮元件,應(yīng)用最廣廣泛的是是孔板,其次是噴噴嘴、文文丘里管管。7第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)圖3-1 孔板裝置及壓力、流速分布圖 要準(zhǔn)確測量出截面、處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2的截面的位置隨著流速的不同會改變。因此是

4、在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點(diǎn)，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。注意8第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)2.節(jié)流基本本方程式式流量基本本方程式式是闡明明流量與與壓差之之間定量量關(guān)系的的基本流流量公式式。它是是根據(jù)流流體力學(xué)學(xué)中的伯伯努利方方程和流流體連續(xù)續(xù)性方程程式推導(dǎo)導(dǎo)而得的的。可以看出出要知道流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于的取值。 流量與壓力差P的平方根成正比。 9第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流流裝置國內(nèi)外把把最常用用的節(jié)流流裝置、孔板、噴嘴、文丘里里管等標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為為“標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)節(jié)流裝裝置”。采用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)節(jié)流裝

5、裝置進(jìn)行行設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算時都都有統(tǒng)一一標(biāo)準(zhǔn)的的規(guī)定、要求和和計(jì)算所所需要的的通用化化實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)資料料。10第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)1.節(jié)流裝置置的選用用在加工工制造和和安裝方方面,以以孔板為為最簡單單,噴嘴嘴次之,文丘里里管最復(fù)復(fù)雜。造造價高低低也與此此相對應(yīng)應(yīng)。實(shí)際際上,在在一般場場合下,以采用用孔板為為最多。當(dāng)要求求壓力損損失較小小時,可可采用噴噴嘴、文文丘里管管等。11第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)在測量量某些易易使節(jié)流流裝置腐腐蝕、沾沾污、磨磨損、變變形的介介質(zhì)流量量時,采采用噴嘴嘴較采用用孔板為為好。在流量量值與壓壓差值都都相同的的條件下下,使用用噴嘴有有較高的的測量精精度,而而且所需需的直管

6、管長度也也較短。如被測測介質(zhì)是是高溫、高壓的的,則可可選用孔孔板和噴噴嘴。文文丘里管管只適用用于低壓壓的流體體介質(zhì)。12第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)2.節(jié)流裝置置的安裝裝使用 必須須保證節(jié)節(jié)流裝置置的開孔孔和管道道的軸線線同心,并使節(jié)節(jié)流裝置置端面與與管道的的軸線垂垂直。 在節(jié)節(jié)流裝置置前后長長度為兩兩倍于管管徑(2D)的的一段管管道內(nèi)壁壁上,不不應(yīng)有凸凸出物和和明顯的的粗糙或或不平現(xiàn)現(xiàn)象。13第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì) 任何何局部阻阻力(如彎管管、三通通管、閘閘閥等)均會引引起流速速在截面面上重新新分布,引起流流量系數(shù)數(shù)變化。所以在在節(jié)流裝裝置的上上、下游游必須配配置一定定長度的的直管。 標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)節(jié)

7、流裝裝置(孔板、噴嘴) ,一一般都用用于直徑徑D50mm的管道道中。 被測測介質(zhì)應(yīng)應(yīng)充滿全全部管道道并且連連續(xù)流動動。 管道道內(nèi)的流流束(流動狀狀態(tài))應(yīng)應(yīng)該是穩(wěn)穩(wěn)定的。 被測測介質(zhì)在在通過節(jié)節(jié)流裝置置時應(yīng)不不發(fā)生相相變。14第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)三、差壓壓變送器器變送器是是單元組組合式儀儀表中不不可缺少少的基本本單元之之一。所謂單元組合合式儀表表,這是將對對參數(shù)的的檢測及及其變送送、顯示示、控制制等各部部分,分別做成成只完成成某一種種功能而而又能各各自獨(dú)立立工作的的單元儀儀表(簡稱單元元,例如變送送單元、顯示單單元、控控制單元元等)。15第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)分類按使用的能能源不同,單單元

8、組合合式儀表表有氣動動單元組組合式儀儀表(QDZ型)和電電動單元元組合式式儀表(DDZ型)。差壓變送送器可以將差差壓信號號p轉(zhuǎn)換為統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的氣壓壓信號或或電流信信號,可可以連續(xù)續(xù)地測量量差壓、液位、分界面面等工藝藝參數(shù)。當(dāng)它與與節(jié)流裝裝置配合合時,可可以用來來連續(xù)測測量液體體、蒸汽汽和氣體體的流量量。16第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)四、差壓壓式流量量計(jì)的測測量誤差差在現(xiàn)場實(shí)實(shí)際應(yīng)用用時，往往往具有有比較大大的測量量誤差，有的甚甚至高達(dá)達(dá)1020。 不僅需要合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計(jì)有足夠的實(shí)際測量精度。 注意17第一節(jié)差

9、差壓式式流量計(jì)計(jì)誤差產(chǎn)生生的原因因被測流體體工作狀狀態(tài)的變變動。節(jié)流裝置置安裝不不正確?？装迦肟诳谶吘壍牡哪p。導(dǎo)壓管安安裝不正正確，或或有堵塞塞、滲漏漏現(xiàn)象差壓計(jì)安安裝或使使用不正正確到23頁頁到27頁頁18第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)19導(dǎo)壓管要要正確地地安裝，防止堵堵塞與滲滲漏，否否則會引引起較大大的測量量誤差。對于不不同的被被測介質(zhì)質(zhì)，導(dǎo)壓壓管的安安裝亦有有不同的的要求，下面分分類討論論。圖3-3 測量液體流量時的取壓點(diǎn)位置 圖3-4 測量液體流量時的連接圖1節(jié)流裝置；2引壓導(dǎo)管；3放空閥；4平衡閥；5差壓變送器；6貯氣罐；7切斷閥第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)取壓點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)該位位于節(jié)流流裝置的的下

10、半部部，與水水平線夾夾角為為045。引壓導(dǎo)導(dǎo)管最好好垂直向向下，如如條件不不許可，導(dǎo)壓管管亦應(yīng)下下傾一定定坡度（至少120110），使氣氣泡易于于排出。在引壓壓導(dǎo)管的的管路中中，應(yīng)有有排氣的的裝置。（1）測量液液體的流流量時，應(yīng)該使使兩根導(dǎo)導(dǎo)壓管內(nèi)內(nèi)都充滿滿同樣的的液體而而無氣泡泡，以使使兩根導(dǎo)導(dǎo)壓管內(nèi)內(nèi)的液體體密度相相等。20第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)21（2）測量氣氣體流量量時，上上述的這這些基本本原則仍仍然適用用。取壓點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)在節(jié)節(jié)流裝置置的上半半部。引壓導(dǎo)導(dǎo)管最好好垂直向向上，至至少亦應(yīng)應(yīng)向上傾傾斜一定定的坡度度，以使使引壓導(dǎo)導(dǎo)管中不不滯留液液體。如果差差壓計(jì)必必須裝在在節(jié)流裝裝置之下下，

11、則需需加裝貯貯液罐和和排放閥閥，如圖圖3-5所示。（3）測量蒸蒸汽的流流量時，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)上述的的基本原原則，必必須解決決蒸汽冷冷凝液的的等液位位問題，以消除除冷凝液液液位的的高低對對測量精精度的影影響。常常見的接接法見圖圖3-6所示。第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)圖3-5 測量氣體流量時的連接圖1節(jié)流裝置；2引壓導(dǎo)管；3差壓變送器；4貯液罐；5排放閥圖3-6 測量蒸汽流量的連接圖1節(jié)流裝置；2凝液罐；3引壓導(dǎo)管；4排放閥；5差壓變送器；6平衡閥22第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)23差壓計(jì)或或差壓變變送器安安裝或使使用不正正確也會會引起測測量誤差差。由引壓導(dǎo)導(dǎo)管接至至差壓計(jì)計(jì)或變送送器前，必須安安裝切斷斷閥1

12、、2和平平衡閥3，如圖圖3-7所示。測量腐蝕蝕性（或或因易凝凝固不適適宜直接接進(jìn)入差差壓計(jì)）的介質(zhì)質(zhì)流量時時，必須須采取隔隔離措施施。常用用的兩種種隔離罐罐形式如如圖3-8所示示。第一節(jié)差差壓式式流量計(jì)計(jì)圖3-7 差壓計(jì)閥組安裝示意圖1，2切斷閥；3平衡閥圖3-26 隔離罐的兩種形式24第二節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流流量計(jì)一、工作作原理25轉(zhuǎn)子流量量計(jì)采用用的是恒恒壓降、變節(jié)流流面積的的流量測測量方法法。圖3-9 轉(zhuǎn)子子流量計(jì)計(jì)的工作作原理圖圖第二節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子的平衡條件是（3-13）根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小或?qū)⑹剑?-26）代入上兩式，得或由式（3-25）可得（3-1

13、4）26第二節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流流量計(jì)27二、電遠(yuǎn)傳式式轉(zhuǎn)子流流量計(jì)它可以將將反映流流量大小小的轉(zhuǎn)子子高度h轉(zhuǎn)換為電電信號，適合于于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯顯示或記記錄。LZD系列電遠(yuǎn)遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量量計(jì)主要要由流量量變送及及電動顯顯示兩部部分組成成。1.流量變送送部分圖3-10 差動變壓器結(jié)構(gòu)第二節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流流量計(jì)轉(zhuǎn)換原理 若將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動帶動鐵芯一起運(yùn)動，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。28第二節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流流量計(jì)292.電動顯示示部分圖3-11 LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)第三節(jié)漩漩渦流流量計(jì)精度高、測量范范圍寬、沒有運(yùn)運(yùn)動部件件、無機(jī)機(jī)械磨損損

14、、維護(hù)護(hù)方便、壓力損損失小、節(jié)能效效果明顯顯。30漩渦流量量計(jì)是利利用有規(guī)規(guī)則的漩漩渦剝離離現(xiàn)象來來測量流流體流量量的儀表表。圖3-12 卡門渦列 (a)圓柱渦列； (b)三角柱渦列第三節(jié)漩漩渦流流量計(jì) 熱學(xué)法 電容法 壓差法漩渦頻率的檢測方法圖3-13 圓柱檢出器原理圖1空腔；2圓柱棒；3導(dǎo)壓孔；4鉑電阻絲；5隔墻 滿足hL0.281時，則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為31第四節(jié)質(zhì)質(zhì)量流流量計(jì)定義直接測量量單位時時間內(nèi)所所流過的的介質(zhì)的的質(zhì)量,即質(zhì)量量流量M。優(yōu)點(diǎn)質(zhì)量流量量計(jì)的最最后輸出出信號只只與介質(zhì)質(zhì)的質(zhì)量量流量M成比例,這就能能從根本本上提高高流量

15、測測量的精精度,省省去了煩煩瑣的換換算和修修正。質(zhì)量流量量的基本本方程式式為32第四節(jié)質(zhì)質(zhì)量流流量計(jì)一、直接接式質(zhì)量量流量計(jì)計(jì)圖3-14 雙孔板差壓式質(zhì)量流量測量示意圖（3-18）（3-19）將式(3-19)減去去式(3-18),可可得即33第四節(jié)質(zhì)質(zhì)量流流量計(jì)38二、補(bǔ)償償式質(zhì)量量流量計(jì)計(jì)1.流速-密密度補(bǔ)償償法圖3-15 流速-密度補(bǔ)償法質(zhì)量流量2.壓差差-密度度法圖3-16 壓差-密度補(bǔ)償法第四節(jié)質(zhì)質(zhì)量流流量計(jì)3.壓差差-流速速補(bǔ)償法法圖3-17 壓差-流速補(bǔ)償法39（3-20）又由于（3-21）將式 (3-21)代入式 (3-20)，得第五節(jié)其其他流流量計(jì)一、靶式式流量計(jì)計(jì)便于某些些黏

16、度較較高或含含有懸浮浮物介質(zhì)質(zhì)的流量量檢測。圖3-18 半導(dǎo)體應(yīng)變片式靶式流量變送器 1靶；2輸出力杠桿； 3推桿； 4懸臂塊；R1R4半導(dǎo)體應(yīng)變片40第五節(jié)其其他流流量計(jì)二、橢圓圓齒輪流流量計(jì)411.工作原理理圖3-19 橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理通過橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量2.使用特點(diǎn)點(diǎn)適用于高高黏度介介質(zhì)的流流量測量量。測量精度度較高，壓力損損失較小小，安裝裝使用也也較方便便。橢圓齒輪輪流量計(jì)計(jì)的入口口端必須須加裝過過濾器。橢圓齒輪輪流量計(jì)計(jì)的使用用溫度有有一定范范圍。橢圓齒輪輪流量計(jì)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜，加工成成本較高高。第五節(jié)其其他流流量計(jì)三、渦輪輪流量計(jì)計(jì)42圖3-20 渦輪流量計(jì)1渦輪；2

17、導(dǎo)流器；3磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器；4外殼；5前置放大器優(yōu)點(diǎn)安裝方便便。測量精度度高，可可耐高壓壓。反應(yīng)快，可測脈脈動流量量。輸出信號號為電頻頻率信號號，便于于遠(yuǎn)傳，不受干干擾。缺點(diǎn)一般應(yīng)加加過濾器器。安裝時，前后要要有一定定的直管管段。第五節(jié)其其他流流量計(jì)四、電磁磁流量計(jì)計(jì)43能夠測量量酸、堿、鹽溶液以及及含有固體顆粒粒（例如泥泥漿）或或纖維液體體的流量。圖3-21 電磁流量計(jì)原理感應(yīng)電勢的方向由右手定則判斷，大小由下式?jīng)Q定 （3-23）而（3-24）將式（4-24）代入式（4-23），得第五節(jié)其其他流流量計(jì)注意 只能用來測量導(dǎo)電液體的流量，且導(dǎo)電率要求不小于水的導(dǎo)電率，不能測量氣體、蒸汽及石油制品等

18、的流量。要引入高放大倍數(shù)的放大器，會造成測量系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，并且易受外界電磁場的干擾。使用中要注意維護(hù)，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時要遠(yuǎn)離一切磁源。不能有振動。 44例題分析析舉例 1.某差壓式流量計(jì)的流量刻度上限為320m3/h ,差壓上限2500Pa。當(dāng)儀表指針指在160m3/h時,求相應(yīng)的差壓是多少 (流量計(jì)不帶開方器)? 解：由流量基本方程式可知 流量是與差壓的平方根成正比的。當(dāng)測量的所有條件都不變時,可以認(rèn)為式中的、F0、1均為不變的數(shù)。如果假定上題中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差壓為p2 ,則存在下述關(guān)系45例題分析析由此得代入上述數(shù)據(jù),得 該例說明了差壓式流流量計(jì)的的標(biāo)尺如如以差壓壓