過程控制流量檢測

3.5流量測量

內(nèi)容提要3.5.1概論3.5.2差壓式流量計(jì)1.測量原理及節(jié)流裝置2.節(jié)流裝置的流量方程3.壓差式流量計(jì)的組成4.壓差式流量計(jì)的使用3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)1.測量原理及流量公式2.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)3.5.4電磁式流量計(jì)

1.測量原理2.電磁式流量計(jì)的特點(diǎn)內(nèi)容提要3.電磁式流量計(jì)的安裝使用3.5.5其他流量計(jì)1.靶式流量計(jì)2.橢圓齒輪流量計(jì)3.渦輪流量計(jì)3.5.1概述

機(jī)泵、壓縮機(jī)的出口流量常常是生產(chǎn)裝置的負(fù)荷（設(shè)備的處理量），必須進(jìn)行嚴(yán)格檢測和控制。以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時(shí)，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，經(jīng)常需要知道在一段時(shí)間（如一班、一天等）內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，介質(zhì)流量（液體、氣體和蒸汽等）是控制生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。

3.5.1概述定義流量（瞬時(shí)流量）：單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量。

累積流量（總流量）：某一時(shí)段內(nèi)流過的流體的總合。瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量。質(zhì)量流量(M)：單位時(shí)間內(nèi)流過某截面的流體的質(zhì)量。

單位：(kg/s)體積流量(Q)：單位時(shí)間內(nèi)流過某截面的流體的體積。單位：（m3/s）3.5.1概述流量計(jì)：測量流體流量的儀表。計(jì)量表：測量流體總量的儀表。

3.5.1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(shí)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。分類3.5.2差壓式流量計(jì)

差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。

通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。（1）

測量原理及節(jié)流裝置壓差式流量計(jì)的核心部件是節(jié)流裝置，它包括：節(jié)流元件、取壓裝置以及其前后管段。

1.節(jié)流裝置

(a)標(biāo)準(zhǔn)孔板(b)噴嘴(c)文丘里管相比而言，標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡單，使用也最廣泛。當(dāng)要求壓力損失較小時(shí),可采用噴嘴、文丘里管等3.5.2差壓式流量計(jì)2.取壓裝置

（a）角接取壓（b）法蘭取壓（c）徑距取壓圖3.5.2差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔板取壓方式（1）角接取壓取壓點(diǎn)分別位于節(jié)流元件前后端面處。適用于孔板和噴嘴兩種節(jié)流裝置。它又分為環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓兩種方法。（2）法蘭取壓在距節(jié)流元件前后端面各1英寸（25.4mm）的位置上垂直鉆孔取壓，僅適用于孔板。3.5.2差壓式流量計(jì)

3.節(jié)流件前后的直管段

直管段的長度隨阻力件的形式、節(jié)流件的幾何形狀和直徑比值不同而異。在設(shè)計(jì)時(shí)，最短直管段長度：

孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求的最短直管段長度見下表3.5.2差壓式流量計(jì)3.5.2差壓式流量計(jì)3.5.2差壓式流量計(jì)

孔板裝置及壓力、流速分布圖

要準(zhǔn)確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會(huì)改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)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3.5.2差壓式流量計(jì)（2）節(jié)流裝置的流量方程

流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。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間的定量關(guān)系式：?為流量系數(shù)ε為可膨脹性系數(shù)A0為節(jié)流件的開孔面積

ρ為節(jié)流裝置前的流體密度ΔP節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的壓差可以看出要知道流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于α的取值。

流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

3.5.2差壓式流量計(jì)

流量系數(shù)?主要與節(jié)流裝置的型式、取壓方式、流體的流動(dòng)狀態(tài)（如雷諾數(shù)）和管道條件等因素有關(guān)。因此，是一個(gè)影響因素復(fù)雜的綜合性參數(shù)，也是節(jié)流式流量計(jì)能否準(zhǔn)確測量流量的關(guān)鍵所在，雷諾數(shù)大于某一數(shù)值（界限雷諾數(shù)）時(shí)，值可認(rèn)為是一常數(shù)。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，可以從有關(guān)手冊中查出；對于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其值要由實(shí)驗(yàn)方法確定。3.5.2差壓式流量計(jì)膨脹系數(shù)ε用來校正流體的可壓縮性，它與節(jié)流件前后壓力的相對變化量、流體的等熵指數(shù)等因素有關(guān)，其取值范圍小于等于1。對于不可壓縮性流體，ε＝1；對于可壓縮性流體，則

ε＜1。應(yīng)用時(shí)可以查閱有關(guān)手冊而得。3.5.2差壓式流量計(jì)（3）差壓式流量計(jì)的組成差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓管路和差壓變送器（差壓計(jì)）組成。節(jié)流裝置用于產(chǎn)生壓力差；導(dǎo)壓管是連接節(jié)流裝置與差壓計(jì)的管線，用來傳導(dǎo)差壓信號(hào)；差壓計(jì)用來測量壓差信號(hào)，并把此壓差轉(zhuǎn)換成流量指示記錄下來。差壓式流量計(jì)的組成3.5.2差壓式流量計(jì)3.5.2差壓式流量計(jì)

（4）壓差式流量計(jì)的使用節(jié)流裝置的安裝與使用：①必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。②在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。3.5.2差壓式流量計(jì)測蒸汽一體化孔板質(zhì)量流量計(jì)3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)組成由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子被測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，再從上端流出當(dāng)流體流過的時(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)子重量減去流體對轉(zhuǎn)子的浮力，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)（1）測量原理及流量公式

轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)若流體流量突然由小變大時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子上的向上的力就加大，轉(zhuǎn)子上升，環(huán)隙增大，即流通面積增大。隨著環(huán)隙的增大，使流體流速變慢，流體作用在轉(zhuǎn)子上的向上力也就變小。這樣，轉(zhuǎn)子在一個(gè)新的高度上重新平衡。轉(zhuǎn)子在錐形管中平衡位置的高低h與被測介質(zhì)的流量大小相對應(yīng)。3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子的平衡關(guān)系V為轉(zhuǎn)子的體積；ρt和ρf分別為轉(zhuǎn)子和流體的密度；g為重力加速度；ΔP為轉(zhuǎn)子前后的壓差；A為轉(zhuǎn)子的最大截面積3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子和錐形管間的環(huán)隙面積相當(dāng)于節(jié)流式流量計(jì)的節(jié)流孔面積，但它是變化的，并與轉(zhuǎn)子高度h成近似的線性關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量公式可以表示為流量與轉(zhuǎn)子高度h成線性關(guān)系式中的其它參數(shù)為常數(shù)式中：φ為儀表常數(shù)；h為轉(zhuǎn)子浮起的高度。

3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)（2）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量；②流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；③流量計(jì)的基本誤差約為儀表量程的土2％；④流量計(jì)的測量精度易受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的外形結(jié)構(gòu)圖3.5.4電磁流量計(jì)能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的流量。

電磁流量計(jì)原理（1）測量原理當(dāng)導(dǎo)電的流體在磁場中以垂直方向流動(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，感應(yīng)電勢的大小與磁場的強(qiáng)度、流體的速度和流體垂直切割磁力線的有效長度成正比：流量和電壓E成線性關(guān)系，測得E就可以求得流量的大小。3.5.4電磁流量計(jì)

只要是導(dǎo)電的，被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、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；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于0.5級；電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測量脈動(dòng)流量；測量導(dǎo)管內(nèi)無可動(dòng)或突出于管道內(nèi)部的部件，因而壓力損失極小；（2）電磁流量計(jì)的特點(diǎn)：3.5.4電磁流量計(jì)可以水平安裝，也可以垂直安裝，但要求液體充滿管道；直管段要求：前10D，后5D以上；遠(yuǎn)離磁場；變送器前后管道有時(shí)帶有較大的雜散電流，一般要把變送器前后1～1.5m處和變送器外殼連接在一起，共同接地。（3）電磁流量計(jì)的安裝(a)一體式(夾裝)(b)分體式（法蘭安裝）電磁流量計(jì)外形圖

電磁流量傳感器由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電極等部分組成，如圖4.69所示，測量管上下裝有勵(lì)磁線圈，通以勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管。一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢。3.5.5其他流量計(jì)一、靶式流量計(jì)便于某些黏度較高或含有懸浮物介質(zhì)的流量檢測。

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；R1～R4—半導(dǎo)體應(yīng)變片3.5.5其他流量計(jì)圖4.24橢圓齒輪流量計(jì)1-表頭；2-聯(lián)軸耦合器；3-上蓋；4-測量主體；5-橢圓齒輪；6-軸3.5.5其他流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)的原理示意圖隨著橢圓齒輪不斷旋轉(zhuǎn)，流體就一次次被計(jì)量室分割、并以計(jì)量室為單位從入口排到出口。從（a）到（d）再到（a），橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1／2圓周，剛好排出2個(gè)計(jì)量室體積的被測流體，所以，橢圓齒輪轉(zhuǎn)一周將排出4個(gè)計(jì)量室體積的被測流體。即通過橢圓齒輪流量計(jì)的累積流量V和體積流量qv為2．橢圓齒輪流量計(jì)的工作原理

3.5.5其他流量計(jì)二、橢圓齒輪流量計(jì)1.工作原理橢圓齒輪流量計(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)

適用于高黏度介質(zhì)的流量測量。測量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。橢圓齒輪流量計(jì)的入口端必須加裝過濾器。橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度有一定范圍。橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高。3.5.5其他流量計(jì)三、渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)1—渦輪；2—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。測量精