流量測量及儀表

關(guān)于流量測量及儀表第1頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)流量測量概述一、流量的概念及單位1．流量測量的意義：安全性、經(jīng)濟(jì)性2．流量的概念瞬時流量累積流量平均流量質(zhì)量流量體積流量第2頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月流量是流體在單位時間內(nèi)通過管道或設(shè)備某橫截面處的數(shù)量。質(zhì)量流量：是單位時間內(nèi)通過的流體質(zhì)量，用qm表示，單位為kg/s。體積流量：是單位時間內(nèi)通過的流體體積，用qV表示，單位為m3/s。第3頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月

質(zhì)量流量是表示流量的最好方法。它們之間可以互相換算。質(zhì)量流量和體積流量有下列關(guān)系：qm=ρqv第4頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月流量有瞬時流量和累積流量之分。所謂瞬時流量，是指在單位時間內(nèi)流過管道或明渠某一截面的流體的量。所謂累積流量，是指在某一時間間隔內(nèi)流體通過的總量。該總量可以用在該段時間間隔內(nèi)的瞬時流量對時間的積分而得到，所以也叫積分流量。累積流量除以流體流過的時間間隔，即為平均流量。第5頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、流量測量的方法及流量計(jì)的分類流量測量方法：1．速度式流量計(jì)——直接測出管道內(nèi)流體的流速v，以此作為流量測量的依據(jù)。2.容積式流量計(jì)——通過測量單位時間內(nèi)經(jīng)過流量儀表排出的流體的固定容積V的數(shù)目來實(shí)現(xiàn)。3.質(zhì)量式流量計(jì)——通過直接或間接的方法測量單位時間內(nèi)流過管道截面的流體質(zhì)量m。第6頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月流量測量儀表分類：

工業(yè)上常用的流量計(jì)，按其測量原理分為以下四類：

1．差壓式流量計(jì)：主要利用管內(nèi)流體通過節(jié)流裝置時，其流量與節(jié)流裝置前后的壓差有一定的關(guān)系。屬于這類流量計(jì)的有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置等。

2．速度式流量計(jì)：主要利用管內(nèi)流體的速度來推動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)速和流體的流速成正比。屬于這類流量計(jì)的有葉輪式水表和渦輪式流量計(jì)等。第7頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3．容積式流量計(jì)：主要利用流體連續(xù)通過一定容積之后進(jìn)行流量累積的原理。屬于這類流量計(jì)的有橢圓齒輪流量計(jì)和腰輪流量計(jì)。

4．其它類型流量計(jì)：如電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、質(zhì)量式流量計(jì)等。第8頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)差壓式流量計(jì)差壓式流量測量方法，是根據(jù)伯努利方程提供的基本原理，通過測量流體差壓信號來反映流體流量的測量方法。差壓式流量計(jì)第10頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)是由將被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置、壓力信號傳輸管道和用來測量差壓的差壓計(jì)組成。差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成．一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示。標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴、文丘利噴嘴、文丘利管第11頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月1.差壓式流量計(jì)工作原理及流量基本公式第12頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)p失第13頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月臨界雷諾數(shù)第14頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月適用于可壓縮流體及不可壓縮流體第15頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月例題已知某節(jié)流裝置最大流量100t/h時，產(chǎn)生的差壓為40kPa。試求差壓計(jì)在10、20、30kPa時，分別流經(jīng)節(jié)流裝置的流量為多少t/h？。第16頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月解：因?yàn)榱髁颗c節(jié)流裝前后的差壓成正比，即有節(jié)流公式qX=k（△pX）1/2設(shè)qm=100t/h，△pm=40kPa。則由節(jié)流公式得△pX=10kPa時，q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h)△pX=20kPa時，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h)△pX=30kPa時，q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h)答：略。第17頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月三、差壓式流量計(jì)的組成和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于測量直徑大于50mm的圓形截面管道中的單相、均質(zhì)流體的流量。要求流體充滿管道，在節(jié)流件前后一定距離內(nèi)不發(fā)生流體相變或析出雜質(zhì)現(xiàn)象；流速小于音速；流動屬于非脈動流；流體在流過節(jié)流件前，其流束與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。

第18頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)孔板可采用角接取壓、法蘭取壓第19頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)噴嘴采用角接取壓第20頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)取壓裝置環(huán)形間隙環(huán)室引壓孔第21頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）測量管段在節(jié)流件前后有一段足夠長的直管段前：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置要求在節(jié)流件上游側(cè)1D長度處的管截面形成流體典型紊流流速分布的狀態(tài)后：節(jié)流件下游側(cè)的阻力件不影響流束的正?；謴?fù)。第22頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月四、節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算（1）設(shè)計(jì)命題已知管道內(nèi)徑及現(xiàn)場布置情況，已知流體的性質(zhì)和工作參數(shù)，給出流量測量范圍，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。為此要進(jìn)行以下幾個方面的工作：選擇節(jié)流件型式，選擇差壓計(jì)型式及量程范圍；計(jì)算確定節(jié)流件開孔尺寸，提出加工要求；建議節(jié)流件在管道上的安裝位置；估算流量測量誤差。第23頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）校核計(jì)算已知管道內(nèi)徑及節(jié)流件開孔尺寸d、取壓方式、被測流體參數(shù)等必要條件，要求根據(jù)差壓值計(jì)算流量。第24頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月五、差壓式流量計(jì)的安裝1．節(jié)流件上下游側(cè)直管段長度的要求l1和l2取決于上下游阻力件的形式和β值。第25頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月本規(guī)程提供的α0值是在節(jié)流件前有很長直管段條件下得到的．但是，當(dāng)保證括號外數(shù)值的直管段時不必附加任何誤差．若實(shí)際的直管段長度有一個大于括號內(nèi)的數(shù)值而小于括號外的數(shù)值時，需按“附加極限相對誤差為±0.5％”處理。

第27頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2．節(jié)流件的安裝要求安裝節(jié)流件時必須注意它的方向性，不能裝反。例如孔板，安裝時必須使孔板的直角入口側(cè)迎向流體的流向。節(jié)流件安裝在管道中時，要保證其前端面與管道軸線垂直，偏差不超過10；還要保證其孔中心軸與管道同軸，不同心度不應(yīng)超過0.015D(1/β-1)。

第28頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的配套儀表雙波紋管差壓計(jì)膜盒式差壓計(jì)差壓變送器第29頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月差壓計(jì)一般都裝有五只閥門，其中兩只作隔離閥，一只作平衡閥，打開平衡閥可檢查差壓計(jì)的零點(diǎn)，另兩只是用于沖洗信號管路和現(xiàn)場校驗(yàn)差壓計(jì)第30頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3．差壓計(jì)信號管路的安裝(1)測量液體流量的信號管路氣體收集器(2)測量蒸汽流量時的信號管路凝結(jié)容器(3)測量氣體流量時的信號管路集水器第31頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月六、差壓式流量計(jì)的使用1．概述2．差壓式流量計(jì)使用注意事項(xiàng)第32頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充：

一體化節(jié)流式流量計(jì)第33頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波流量計(jì)一、超聲波及其在檢測中的工作原理超聲波是指振動頻率大于20kHz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。第34頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、超聲波檢測技術(shù)在流量測量中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：大管徑流量測量儀表一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響第35頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波流量計(jì)的測量原理超聲波在流動介質(zhì)中傳播時，其傳播速度與在靜止介質(zhì)中傳播速度不同，其變化量與介質(zhì)流速有關(guān)。測得這一變化量就能求得介質(zhì)的流速，進(jìn)而求出流量。第36頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月順流：c+u逆流：c-u第37頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月順流：1-2，3-4逆流：2-3，1-4第39頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月四、相位差法第40頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月五、頻率差法第41頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)智能流量計(jì)差壓壓力溫度第42頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)其他流量計(jì)一、電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律研制出的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。第43頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月p107第44頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月E＝C1BDv式中E-----感應(yīng)電動勢，VB-----磁感應(yīng)強(qiáng)度,TD----測量管內(nèi)徑，mv---平均流速，m/s。C1-----系數(shù)；E即流量信號，;

設(shè)液體的體積流量為

qv，則

E=Kqv式中K為儀表常數(shù)，K=4C1B/πD。第45頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月測量條件滿足：①磁場是均勻分布的恒定磁場；②被測流體的流速軸對稱分布；③被測液體是非磁性的；④被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。第46頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2．基本結(jié)構(gòu)第48頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3．基本特點(diǎn)無可動部件和插入管道的阻流件，所以壓力損失極小，直管段要求低?？捎糜跍y量脈動流、雙相流以及灰漿等含固體顆粒的液體流量電磁流量計(jì)不受溫度、壓力、粘度等外界因素的影響準(zhǔn)確度高電磁流量計(jì)的口徑范圍比其他品種流量儀表寬第49頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月被測流體必須是導(dǎo)電的，不能用于測量氣體、蒸汽、石油制品等被測介質(zhì)溫度：普通橡膠襯里：-20—+60℃；高溫橡膠襯里：-20—+90℃聚四氟乙稀襯里：-30—+100℃；高溫型四氟乙稀襯里：-30—+180℃；第50頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直接式質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量計(jì)間接式:采用密度或溫度、壓力補(bǔ)償?shù)霓k法直接式:科里奧利質(zhì)量流量計(jì)第51頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：1)基于直接質(zhì)量測量的原理2)可以測量多種液體和漿液，也可以用于多相流測量3)可以測量多種參數(shù)，包括溫度、密度、濃度等4)并不需要直管段整流5)測量更加精準(zhǔn)，且不易毀壞第53頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)流量計(jì)的檢定p109一、流量計(jì)的校驗(yàn)方法直接測量法間接測量法第54頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、流量計(jì)校驗(yàn)第55頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月渦輪流量計(jì)在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號第56頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)*高精確度*輸出脈沖頻率信號，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接*結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便Δ

難以長期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。

Δ流體物性（密度、粘度）對儀表特性有較大影響。Δ傳感器上下游側(cè)需設(shè)置較長的直管段Δ對被測介質(zhì)的清潔度要求較高第57頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月渦街流量計(jì)在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，有如下關(guān)系式

f=Sru/d

式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；

Sr--斯特勞哈爾數(shù)；在一定ReD范圍內(nèi)，Sr