油品計(jì)量流量與測(cè)試

流量計(jì)量技術(shù)中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)工程系李玉星流量計(jì)分類利用伯努利方程原理：根據(jù)節(jié)流前后的差壓測(cè)量——孔板流量計(jì)測(cè)量動(dòng)壓頭得到速度——畢托管和均速管利用動(dòng)壓和差壓測(cè)量——靶式流量計(jì)容積式流量計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量空間累計(jì)，不受粘度和密度的影響——腰輪流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)速度式流量計(jì)——渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱式流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)直接式——科氏力間接式——由流速和密度得到補(bǔ)償式——利用流體密度和溫度壓力的關(guān)系補(bǔ)償目錄第一章流量計(jì)量常用術(shù)語(yǔ)第二章容積式流量測(cè)量?jī)x表第三章速度式流量測(cè)試技術(shù)與儀表第四章節(jié)流式流量計(jì)第五章其它差壓式流量計(jì)第六章質(zhì)量流量測(cè)量方法與儀表第一章流量計(jì)量常用術(shù)語(yǔ)1.流量范圍：流量計(jì)在正常使用條件下，測(cè)量誤差不超過(guò)允許值的最大至最小流量范圍。兩者代數(shù)差稱為流量量程，兩者之比稱作流量計(jì)的量程比。2.額定流量：流量計(jì)在規(guī)定性能或最佳性能時(shí)的流量值。3.流量計(jì)的特性曲線：反映隨流量變化流量計(jì)性能變化的曲線。有兩種表示形式：一種是表示流量計(jì)的某種特性（如流量系數(shù)或

儀表系數(shù)）與流量q或雷諾數(shù)Re的關(guān)系；另一種是表示流量計(jì)測(cè)

量誤差隨q或Re變化的關(guān)系。4.流量系數(shù)：通過(guò)流量計(jì)的實(shí)際流量與理論流量的比值。5.儀表系數(shù)：通過(guò)流量計(jì)的單位體積流量所對(duì)應(yīng)的信號(hào)脈沖數(shù)。6.重復(fù)性：用該流量計(jì)連續(xù)多次測(cè)量同一流量時(shí)給出相同結(jié)果的能力。7.線性：在整個(gè)流量范圍上的特性曲線偏離最佳擬合直線程度的量度。對(duì)于用儀表系數(shù)K來(lái)評(píng)定流量計(jì)特性的脈沖輸出流量?jī)x表來(lái)說(shuō)，其線性通常用整個(gè)流量范圍的平均儀表系數(shù)

K

與儀表系數(shù)對(duì)平均值的最大偏差

DK

的比值

D

K

/

K

來(lái)表示。第二章容積式流量測(cè)量?jī)x表—

容積式流量測(cè)量?jī)x表原理容積式流量計(jì)測(cè)量的精確度與流體的密度無(wú)關(guān)，不受上游流動(dòng)狀態(tài)的影響，測(cè)量精度較高，可用于高粘度流體，并直接得到流體累積量。因此長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)并作為流量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。其工作原理為：流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)，會(huì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差，流量計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件（即轉(zhuǎn)子）在壓差作用下旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口。在此過(guò)程中，流體不斷地充滿流量計(jì)的計(jì)量空間v，然后又不斷地被送往出口，在給定流量計(jì)條件下，該流量計(jì)量空間是確定的，只要測(cè)得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)

N，就可以得到通過(guò)流量計(jì)的流體體積的累計(jì)值V，即V

=

NvI

=

aNaV

=

v

I二 容積式流量計(jì)的分類及結(jié)構(gòu)1.齒輪型流量計(jì)這種流量計(jì)的殼體內(nèi)裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)子，直接或間接地相互嚙合，通過(guò)齒輪的旋轉(zhuǎn)，不斷地將充滿齒輪與殼體之間的流體排出，通過(guò)測(cè)量齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，即可得到流量。圖2-1為橢圓齒輪流量計(jì)的工作示意圖。圖2-1橢圓齒輪流量計(jì)工作示意圖另一種齒輪型流量計(jì)是腰輪流量計(jì)，也稱羅茨流量計(jì)。其測(cè)量部分由一對(duì)表面光滑的“8”字形轉(zhuǎn)子（腰輪）和測(cè)量室組成(圖2-2)。其工作原理和橢圓齒輪流量計(jì)相同，不同的是兩個(gè)腰輪不是直接相互嚙合傳動(dòng)，而是由固定在腰輪軸上的齒輪傳動(dòng)的。上述兩種容積流量計(jì)可用于各種液體流量測(cè)量，尤其用于油流量的準(zhǔn)確測(cè)量。由于橢圓齒輪容積流量計(jì)直接依靠測(cè)量輪嚙合，因此對(duì)介質(zhì)的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質(zhì)通過(guò)流量計(jì)。圖2-2

腰輪流量計(jì)2.刮板流量計(jì)常見(jiàn)的凸輪式刮板流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖中殼體的內(nèi)腔是一圓形空筒，轉(zhuǎn)

子是一個(gè)空心薄壁圓筒，筒壁徑向開(kāi)了四

個(gè)槽，互成90°，刮板可以在槽內(nèi)自由滑動(dòng)。四塊刮板由兩根連桿連結(jié)，相互垂直，在空間交叉，互不干擾。刮板的一端各裝

有一個(gè)小滾珠，四個(gè)小滾珠都在一固定不

動(dòng)的凸輪上滾動(dòng)，使刮板時(shí)伸時(shí)縮。圖2-3

凸輪式刮板流量計(jì)當(dāng)相鄰兩刮板均伸出至殼體內(nèi)壁時(shí)，就形成一標(biāo)準(zhǔn)體積的計(jì)量空間。刮板在計(jì)量區(qū)段運(yùn)動(dòng)時(shí)，只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動(dòng)，當(dāng)離開(kāi)計(jì)量區(qū)段時(shí)，刮板縮入槽內(nèi)，流體從出口排出。同時(shí)，后一刮板又與其另一相鄰刮板形成第二個(gè)計(jì)量區(qū)間，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，排出4份固定體積的流體，由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)就可以求得被測(cè)流體的流量。3.旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)如圖2-4，旋轉(zhuǎn)活塞位于固定的內(nèi)外圈3、4之間，活塞的軸6靠著導(dǎo)輥5滾動(dòng)，中間隔板1將流量空間分成兩部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，當(dāng)活塞依箭頭方向運(yùn)動(dòng)時(shí)與隔板1成直線運(yùn)動(dòng)?；钊谶M(jìn)出口流體壓力差的作用下，始終與內(nèi)外圓筒壁緊密接觸旋轉(zhuǎn)，交替不斷的將活塞與內(nèi)外圓筒之間的流體排除，通過(guò)計(jì)算活塞旋轉(zhuǎn)次數(shù)可得到流過(guò)的流體量。圖2-4旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)工作過(guò)程三容積式流量計(jì)的使用1.流量計(jì)的選擇對(duì)于高粘度的油類，可考慮采用刮板流量計(jì)，對(duì)于低粘度的油類及水，采用橢圓齒輪或腰輪流量計(jì)。對(duì)于準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合，也可采用轉(zhuǎn)活塞式或刮板式容積流量計(jì)。對(duì)于氣體流量的測(cè)量，一般可采用轉(zhuǎn)筒式或旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)。流量計(jì)量限確定：下限流量q

m

in

根據(jù)流量計(jì)誤差特性來(lái)決定，即最小流量時(shí)的誤差必須在允許誤差范圍之內(nèi)；上限流量q

m

ax要考慮流量計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的磨損情況而定。流量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件加速磨損而引起泄漏量增加，誤差增加。一般qmax

=5

~

10qmin2.流量計(jì)安裝要點(diǎn)容積式流量計(jì)有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，不需要有較長(zhǎng)的前后直管段來(lái)形成管內(nèi)穩(wěn)定流速分布。這給現(xiàn)場(chǎng)安裝帶來(lái)很大方便。但是容積式流量計(jì)的動(dòng)靜部件之間間隙很小，為保證測(cè)量精度，一般不允許有磨損產(chǎn)生，所以，對(duì)介質(zhì)的清潔度有一定的要求，不能有大量固體微粒進(jìn)入流量計(jì)，應(yīng)在流量計(jì)前加裝介質(zhì)過(guò)濾裝置。對(duì)測(cè)量含有氣泡的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)在流量計(jì)前安裝氣體分離裝置，以免影響液體流量的測(cè)量準(zhǔn)確度。3.故障判斷及維護(hù)對(duì)流量計(jì)工作狀態(tài)的平時(shí)檢查，主要從外部觀察。首先看有

無(wú)外漏液體，同時(shí)監(jiān)聽(tīng)流量計(jì)聲音是否正常，指針位置是否準(zhǔn)確。此外，要定期清洗、更換慮網(wǎng)，以防雜質(zhì)進(jìn)入。常見(jiàn)故障及原因：雜質(zhì)進(jìn)入流量計(jì)，可能引起轉(zhuǎn)子卡死；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障，引起轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)正常但計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)，或指針時(shí)走時(shí)停；介質(zhì)中含有氣體，引起示值的脈沖。流量計(jì)需要進(jìn)行定期校驗(yàn)，判斷所處的工作狀態(tài)。四、誤差特性的影響1、進(jìn)出口壓差的影響——容積式的壓差較大，壓差對(duì)誤差影響較大：存在漏流量、運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械摩擦2、物性的影響：密度和粘度。粘度增大，壓差增大，漏流量增大，相反，粘度增大，漏量會(huì)減小，存在兩重新第三章速度式流量測(cè)量技術(shù)與儀表速度式流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)流體的速度分布有一定的要求，流量計(jì)前必須有一定長(zhǎng)度的直管段，以形成穩(wěn)定的速度分布。這是速度式流量計(jì)的一個(gè)共同特點(diǎn)。速度式流量計(jì)主要有渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和熱線流量計(jì)等。第一節(jié)渦輪流量計(jì)1.工作原理：置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖信號(hào)，測(cè)得流體流速，從而得到被測(cè)流體的瞬時(shí)流量和累積流量。1-導(dǎo)流器

2-殼體3-軸承

4-渦輪5-磁電轉(zhuǎn)換器

6-前置放大器圖3-1

渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)2.渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)渦輪流量計(jì)由變送器和顯示儀表兩部分組成。變送器如右圖所示，渦輪

4用高導(dǎo)磁材料制成，磁電轉(zhuǎn)換器5由線圈和磁鋼組成，前置放大器6用以放大磁電轉(zhuǎn)換器輸出的微弱電信號(hào)，以便遠(yuǎn)距離傳送。3、特點(diǎn)準(zhǔn)確度高，0.5~0.1%，量程比寬：8~10適應(yīng)性強(qiáng)：易實(shí)現(xiàn)高壓測(cè)量。數(shù)字信號(hào)輸出4.渦輪流量計(jì)的安裝使用渦輪流量計(jì)適用于測(cè)量輕質(zhì)油、低粘度、低腐蝕性的液體，不宜測(cè)粘度較高的介質(zhì)流量；變送器一般應(yīng)水平安裝，要求上游的直管段長(zhǎng)度應(yīng)10D以上，下游5D以上。為消除二次流動(dòng)，最好在上游加裝整流器；要求被測(cè)流體潔凈，以減少軸承的磨損和防止渦輪被卡住，故應(yīng)在流量計(jì)前加過(guò)濾裝置；測(cè)量液體時(shí)，切忌有高速氣體引入，必要時(shí)應(yīng)安裝消氣器。對(duì)于易氣化的液體，在流量計(jì)下游必須保證一定被壓。1.工作原理：在均勻流動(dòng)的流體中,垂直地插入一個(gè)具有非流線型截面的柱體,稱為漩渦發(fā)生體，則在其兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，這兩列平行的漩渦稱為“卡門渦街”。穩(wěn)定的卡門渦街的漩渦脫落頻率與流體流速成正比。第二節(jié)渦街流量計(jì)流體振動(dòng)式流量計(jì)圖3-2

渦街流量計(jì)圖3-2

渦街流量計(jì)2.渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)：旋渦產(chǎn)生的頻率受到一定的旋渦空間構(gòu)造影響，而旋渦的空間結(jié)構(gòu)與旋渦發(fā)生體的形狀有關(guān)。旋渦發(fā)生體形狀有圓柱、三角往、T型柱、四角柱等。開(kāi)導(dǎo)壓孔的圓柱旋渦發(fā)生器如圖3-2所示。通過(guò)檢測(cè)鉑電阻絲的電阻變化頻率或者壓電敏感元件得到漩渦頻率，即可知體積流量的大小。3.特點(diǎn)及使用渦街流量計(jì)可以測(cè)量氣體流量，也可以測(cè)量液體流量。輸出的頻率信號(hào)與被測(cè)流體的流量呈線性關(guān)系，且不受流體性質(zhì)變化的影響，精度較高。但流體在層流狀態(tài)下部產(chǎn)生漩渦，所以不能用于層流狀態(tài)。因此測(cè)量下限受到雷諾數(shù)的限制，一般希望雷諾數(shù)大于104。由于是速度式測(cè)量方法，因此要求流量計(jì)前面至少有15D、后面要有5D的直管段，對(duì)于大口徑管道，要求的直管段更長(zhǎng)。流量計(jì)是以流體振動(dòng)原理工作的，因此安裝地點(diǎn)應(yīng)特別注意避免機(jī)械振動(dòng)，否則將對(duì)漩渦的形成產(chǎn)生較大影響，降低精度。第三節(jié) 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、量程寬、反應(yīng)靈敏、線性好、不受介質(zhì)的溫度粘度密度的影響，廣泛應(yīng)用于工業(yè)上各種導(dǎo)電液體的測(cè)量。但電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響，而且不能用于測(cè)量氣體、蒸汽以及含大量氣體的液體，由于是速度式流量計(jì)，其前后有一定長(zhǎng)度直管段的要求。1.工作原理：電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計(jì)。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中沿垂直磁力線方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，在對(duì)稱安裝在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，e大小與磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，管道內(nèi)徑D及流速u成正比，這樣就可以測(cè)得液體的流速，進(jìn)而測(cè)得液體的流量，即4p

D2

p

Dee

=

BDu

qv

=u

=4B2.結(jié)構(gòu)：由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器主要由測(cè)量導(dǎo)管、測(cè)量電極、勵(lì)磁線圈、鐵芯、磁軛和殼體組成。轉(zhuǎn)換器將流量信號(hào)放大處理經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算后，可顯示流量、累計(jì)量，并能輸出脈沖、模擬電流等信號(hào)，用于流體流量的計(jì)量或控制。圖3-3

電磁流量計(jì)原理圖3.電磁流量計(jì)的選用與安裝電磁流量計(jì)的選用主要是變送器的正確選用，轉(zhuǎn)換器只要與之配套就可以了。變送器口徑通常選用與管道系統(tǒng)相同的口徑。變送器的量程可根據(jù)兩條原則選擇：一是儀表滿量程大于預(yù)計(jì)的最大量程；二是正常流量大于儀表滿量程的50%。電磁流量計(jì)對(duì)被測(cè)流體的壓力與溫度是有一定限制的，選用時(shí)，使用壓力必須低于該流量計(jì)的規(guī)定工作壓力。安裝時(shí)，（1）變送器應(yīng)避開(kāi)陽(yáng)光直射或周圍溫度過(guò)高的地方，防止勵(lì)磁線圈因環(huán)境溫度過(guò)高，出現(xiàn)不允許的溫升導(dǎo)致絕緣性能破壞；（2）應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備如大電機(jī)、大變壓器和電焊機(jī)；（3）安裝流量計(jì)的管道段，不要有較大的漏電流，而且附近應(yīng)有良好的接地；（4）流量計(jì)上游側(cè)應(yīng)有5D以上的直管段。超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，會(huì)載帶流體流速的信息。因此，通過(guò)接收到的超聲波進(jìn)行分析計(jì)算，就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法等不同類型的超聲波流量計(jì)。由于是非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。第四節(jié)超聲波流量測(cè)量方法與儀表一.傳播速度差法的原理測(cè)量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過(guò)程中的速度之差來(lái)得到被測(cè)流體的流速。根據(jù)測(cè)量的物理量的不同，可分為時(shí)差法、相差法、頻差發(fā)。如圖3-4所示，測(cè)量超聲波脈沖的順流傳播時(shí)間t1和逆流傳播時(shí)間t2的差值，從而計(jì)算流體流動(dòng)的速度和流量。圖3-4時(shí)差法的工作原理2Luc2c2

u

=

Dt2Lt

=

L

;t

=

L

Dt

=

t

-

t

?1

c

+

u

2

c

-

u

2

1二.超聲波多普勒流量計(jì)測(cè)量原理超聲波多普勒流量計(jì)的測(cè)量原別是以物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個(gè)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對(duì)速度成正比。如圖3-5所示，超聲波發(fā)射器為一固定聲源，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的固體顆粒起了與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的“觀察者”的作用，當(dāng)然它僅僅是把入射到固體顆粒上的超聲波反射回接收據(jù)。發(fā)射聲波與接收聲波之間的頻率差，就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移。由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以測(cè)量頻差可以求得流速，進(jìn)而可以得到流體的流量。圖3-5多普勒超聲波流量計(jì)測(cè)流原理圖第四章節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)是一種典型的差壓式流量計(jì)。是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)測(cè)量氣體、液體和蒸氣流量的最常用的一種流量?jī)x表。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在煉鋼廠、煉油廠等工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中所使用的流量計(jì)有(70—80)％左右是節(jié)流式流量計(jì)。在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，節(jié)流式流量計(jì)也占流量?jī)x表總數(shù)的一半以上。節(jié)流式流量計(jì)所以得到如此廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樗哂幸韵聝蓚€(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，工作可靠，成本低，又具有一定準(zhǔn)確度。能滿足工程測(cè)量的需要。②有很長(zhǎng)的使用歷史，有豐富的、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)加工的節(jié)流式流量計(jì)，不需要進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定，也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測(cè)量。使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時(shí)，流體的性質(zhì)和狀態(tài)必須滿足下列條件：①流體必須充滿管道和節(jié)流裝置，并連續(xù)地流經(jīng)管道。②流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學(xué)上是均勻的、單相的，或者可以認(rèn)為是單相的。在氣體中有不大于2％(質(zhì)量成分)均勻分散的固體微粒，或液體中有不大于5％(體積成分)均勻分散的氣泡，也可認(rèn)為是單相流體。但其密度應(yīng)取平均密度。③流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相交。④流體流量不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢。⑤流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流束是平行于管道軸線的無(wú)旋流。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置不適用于動(dòng)流和臨界流的流量測(cè)量。第一節(jié)節(jié)流式流量計(jì)的工作原理如圖4-1所示，如果在充滿流體的管道中固定放置一個(gè)流通面積小于管道截面積的阻力件（節(jié)流件），則管內(nèi)流束在通過(guò)該節(jié)流件時(shí)就會(huì)照成局部收縮。在收縮處，流速增加，靜壓力降低，因此在節(jié)流件前后將產(chǎn)生一定的壓差。實(shí)踐證明，對(duì)于一定形狀和尺寸的節(jié)流件，一定的測(cè)壓位置和前后直管段，一定的流體參數(shù)情況下，節(jié)流件前后的壓差與流量之間有一定的函數(shù)關(guān)系。因此可通過(guò)測(cè)量節(jié)流件前后的壓差來(lái)測(cè)量流量。圖4-1節(jié)流前后壓力和流速分布第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置節(jié)流標(biāo)準(zhǔn)裝置由節(jié)流件、標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置和節(jié)流件前后測(cè)量管組成。常用的節(jié)流元件有標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和文丘里管等。圖4-2標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和文丘里管示意圖第三節(jié)取壓方式和取壓裝置節(jié)流式流量計(jì)的輸出信號(hào)就是節(jié)流件前后取出的差壓信號(hào)。不同的取壓方式，即取壓孔在節(jié)流件前后的位置不同，取出的差壓值也不同。一.取壓方式目前國(guó)際上通常采用的取壓方式有理論取壓法、徑距取壓法、角接取壓法和法蘭取壓法等。圖4-3表示各種取壓方式的取壓位置。圖4-3各種取壓方式的取壓位置（1）理論取壓法上游取壓管中心位于距孔板前端面一倍管道直徑D處，下游取壓管中心位于流束最小截面處。徑距取壓法上游取壓管中心位于距孔板（或噴嘴）前端面一倍管道直徑D處，下游取壓管中心距離孔板（或噴嘴）前端面D/2處。角接取壓法上下游取壓管位于孔板（或噴嘴）前后端面處。法蘭取壓法上下游取壓管中心位于距離孔板兩側(cè)相應(yīng)端面1英寸（2.54cm）處。目前廣泛采用的是角接取壓法，其次是法蘭取壓法。角接取壓法比較簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測(cè)量精度較高。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，容易裝配，計(jì)算也方便，但精度較角接取壓法低些。二.標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用于孔板和噴嘴，而法蘭取壓僅用于孔板。角接取壓裝置可以采用環(huán)室或加緊環(huán)（單獨(dú)轉(zhuǎn)孔）取得節(jié)流件前后的壓差；法蘭取壓裝置由兩個(gè)帶取壓孔的取壓法蘭組成。圖4-4

角接取壓裝置圖4-5法蘭取壓裝置第四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道條件測(cè)量管道截面應(yīng)為圓形，節(jié)流件及取壓裝置安裝在兩圓形直管之間。節(jié)流件附近管道的圓度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中的具體規(guī)定。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)難以滿足直管段的最小長(zhǎng)度要求或有擾動(dòng)源存在時(shí)，可考慮在節(jié)流件前安裝流動(dòng)整流器，以消除流動(dòng)的不對(duì)稱分布和旋轉(zhuǎn)流等情況。安裝位置和使用的整流器型式在標(biāo)準(zhǔn)中有具體規(guī)定。第五節(jié)節(jié)流裝置的安裝和使用一.節(jié)流裝置的安裝節(jié)流裝置的安裝，除了正確安裝節(jié)流件和取壓裝置外，主要就是差壓信號(hào)管路的安裝。敷設(shè)信號(hào)管路的總原則是應(yīng)是所傳送的差壓信號(hào)不因管路而發(fā)生額外的誤差，應(yīng)注意以下幾項(xiàng)原則：①

信號(hào)管路（導(dǎo)壓管）應(yīng)按最短距離敷設(shè)，信號(hào)管路越長(zhǎng)其內(nèi)徑越大。②

導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜安裝，傾斜度不得小于1：12，以便能及時(shí)排出氣體或凝結(jié)水。③

信號(hào)管路應(yīng)帶有閥門等必要的附件。④

應(yīng)能防止有害物質(zhì)進(jìn)入差壓計(jì)。⑤

被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)，應(yīng)考慮防止氣體帶入導(dǎo)壓管；被測(cè)介質(zhì)為氣

體時(shí)，應(yīng)防止水或臟污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。對(duì)于水平或傾斜的主管道，取壓口位置如圖4-6所示；對(duì)垂直設(shè)置的主管道，取壓口位置在節(jié)流裝置取壓面上可任意選擇。圖4-6水平取壓口位置二.節(jié)流裝置的使用液體流量的測(cè)量在連接差壓計(jì)前，打開(kāi)節(jié)流裝置處的兩個(gè)導(dǎo)壓閥和導(dǎo)壓管上的兩個(gè)沖洗閥，用被測(cè)流通沖洗導(dǎo)壓管。使用時(shí)，先打開(kāi)差壓計(jì)上的平衡閥，然后微微打開(kāi)差壓計(jì)上的正壓導(dǎo)壓閥，使液體慢慢進(jìn)入差壓計(jì)，將空氣排凈，關(guān)閉排氣針閥。接著關(guān)上平衡閥，驟然打開(kāi)負(fù)壓導(dǎo)壓閥，儀表即正常工作。氣體流量的測(cè)量使用前，關(guān)閉差壓計(jì)上的兩導(dǎo)壓閥，對(duì)導(dǎo)壓管進(jìn)行吹洗。使用時(shí)，緩慢打開(kāi)節(jié)流裝置上的兩導(dǎo)壓閥，使被測(cè)氣體充滿導(dǎo)壓管。然后打開(kāi)平衡閥，然后微微打開(kāi)差壓計(jì)上的正壓導(dǎo)壓閥，同時(shí)將差壓計(jì)內(nèi)的液體從排液針閥排掉。最后，關(guān)上差壓計(jì)上的平衡閥，并打開(kāi)差壓計(jì)上的負(fù)壓導(dǎo)壓閥，儀表即正常工作。3.蒸汽流量測(cè)量沖洗導(dǎo)壓管的過(guò)程同上。先關(guān)閉節(jié)流裝置處的兩導(dǎo)壓閥，將冷凝器和導(dǎo)壓管中的冷凝水從沖洗閥放掉，然后打開(kāi)差壓計(jì)上的排氣針閥，導(dǎo)壓閥和平衡閥，向一個(gè)冷凝器內(nèi)注入冷凝液，直至另一個(gè)冷凝器上有冷凝水溢出。當(dāng)排氣閥不再有氣泡后關(guān)上排氣針閥。最后，關(guān)上差壓計(jì)上的平衡閥，同時(shí)打開(kāi)節(jié)流裝置上的兩導(dǎo)壓閥，儀表即正常工作。第五章其它差壓式流量計(jì)第一節(jié) 畢托管和勻速管靜一.畢托管工作原理當(dāng)畢托管沒(méi)有插入流場(chǎng)時(shí)，設(shè)某一點(diǎn)的流速為u，靜壓為p，為了測(cè)定該點(diǎn)的流速，將畢托管頂端的小孔對(duì)準(zhǔn)此點(diǎn)，并使畢托管軸線與流向平行，這時(shí)，該點(diǎn)的流速被滯止為零，壓力由原來(lái)的靜壓p上升到滯止壓力p0(或稱總壓p0)。p0不但包括了原來(lái)的壓力p，而且還包括了由流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓力的部分。也即p0包含了流速u的信息。只要從p0中將原來(lái)的靜壓p減去，就可得到流速值u。圖5-1

畢托管工作原理0pu2pr

2

r2r 0

=+

u

=

a(p

-

p)根據(jù)理想不可壓縮流體的伯努利方程可得：這就是畢托管測(cè)量流速的基本公式。式中ρ為被測(cè)流體密度；α為畢托管系數(shù)，對(duì)由于流體滯止帶來(lái)的能量損失等因素進(jìn)行修正，由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。（P0-P）為總壓和靜壓之差，可用壓差計(jì)來(lái)測(cè)量。由于畢托管只能測(cè)量某一點(diǎn)的流速，不能代表同一截面上的流速分布。通常的做法是將管道截面分為面積相等的幾部分，然后測(cè)出每一部分的特征點(diǎn)流速，并以該特征點(diǎn)流速代表每一部分的平均流速。如果管道截面積為A，分為n等分，每一等分上的特征點(diǎn)流速為ui，則通過(guò)管道的體積流量為：niu

Ani=1qv

=二.畢托管的結(jié)構(gòu)目前使用的畢托管是一根雙層結(jié)構(gòu)的彎成直角的金屬小管，如圖5-2所示。在畢托管的頭部迎流方向開(kāi)有一個(gè)小孔，稱總壓孔。在畢托管頭部下游某處又開(kāi)有若干小孔，稱靜壓孔。畢托管所測(cè)得的流速是畢托管頭部頂端所對(duì)的那一點(diǎn)流速。圖5-2

畢托管的結(jié)構(gòu)1-靜壓管

2-沖壓管利用畢托管方法要求測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算復(fù)雜，由其是大管徑、流速分布不對(duì)稱時(shí)更是如此，所以一般只能用于穩(wěn)定工況的試驗(yàn)工作以及大口徑流量的標(biāo)定工作。二.均速管流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖5-3

均速管均速管是基于畢托管原理發(fā)展起來(lái)的一種流量計(jì)。它的基本結(jié)構(gòu)是一根中空的金屬管，桿上迎流方向轉(zhuǎn)有成對(duì)的測(cè)壓孔。一般管道中流速的分布是不均勻的，為了準(zhǔn)確測(cè)量，將整個(gè)圓截面分為四個(gè)單元面積，兩個(gè)半圓及兩個(gè)半環(huán)，檢測(cè)桿是一根中空的金屬桿，正對(duì)流體流向轉(zhuǎn)有兩對(duì)總壓孔，它們分別處于各單元面積之中。均速管

背流方向軸心位置裝有一個(gè)檢測(cè)孔來(lái)感受該截面得靜壓。差壓變送器所

測(cè)的差壓平方根即反映了測(cè)量界面上的平均流速。差壓變送器所測(cè)的差

壓平方根即反映了測(cè)量截面上的平均流速。勻速管有一系列優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；壓損小，能耗??；準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性好；適用范圍廣，除污穢、有沉淀物流體外，可適用于氣、液、蒸汽等多種流體，管徑范圍從25mm一直到數(shù)米，而且管徑越大，其優(yōu)越性愈突出，也可用于高溫高壓介質(zhì)流量測(cè)量。但均速管流量計(jì)的量程較小，輸出的信號(hào)差壓較小，給選用變送器但來(lái)了困難。一.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子流量計(jì)由一個(gè)錐形管和一個(gè)置于錐形管中可以上下自由移動(dòng)的浮子組成。浮子懸浮的高度與流過(guò)流量計(jì)的體積之間有一定比例關(guān)系，可根據(jù)浮子的位置直接讀出流量。根據(jù)錐形管材料不同可分為玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)適用于高溫高壓及不透明介質(zhì)，有就地指示、遠(yuǎn)傳指示和記錄、積算和控制等功能。第二節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)圖5-4

轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)1-錐形管2-浮子3-流通面積

A

4-迎流面積

Af2

f

f

fvf二.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理當(dāng)流體自下而上流過(guò)浮子時(shí)，由于節(jié)流作用，使得浮子的上下游產(chǎn)生壓差，形成對(duì)浮子的迎面壓差阻力F１，同時(shí)浮子在流體中還受到浮力F2和重力W的作用。平衡時(shí)，W=F1+F212Vf

(ρf

-ρ)gA

ρc2其中：F1=Af

C

2

ρu

；F

=V

ρg；W=V

ρ

g。C-阻力系數(shù)；ρ-介質(zhì)密度；u-流速；

Vf、ρf

-浮子體積和密度；g-重力加速度。

體積流量q

=Au=A

1三.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝和使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝和使用過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝，流體自上而下流過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)。安裝在生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)子流量計(jì)應(yīng)加旁路，以便處理故障或吹洗時(shí)不影響生產(chǎn)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)上游應(yīng)有5倍管徑以上長(zhǎng)度的直管段。轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、直觀壓損小、成本低等特點(diǎn)，已被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室及生產(chǎn)領(lǐng)域。第三節(jié)靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)是60年代隨著工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決高粘度低雷諾數(shù)流量測(cè)量而發(fā)展起來(lái)的。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便、不易堵賽等特點(diǎn)。除了可以測(cè)量氣、液和蒸汽流量外，尤其可用來(lái)測(cè)量低雷諾數(shù)、含固體顆粒的漿液以及腐蝕性介質(zhì)的流量。圖5-5

靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖5-5所示，靶式流量計(jì)的測(cè)量單元是一個(gè)放置在管道中心的圓形靶。流體流動(dòng)時(shí)，流體沖擊在靶上，使靶受到一個(gè)合力的作用，一般由兩部分組成：（1）流體對(duì)靶的沖擊力及由于流束在靶后分離而產(chǎn)生的差壓阻力。（2）流體流經(jīng)靶時(shí)流束在環(huán)形截面處與靶表面產(chǎn)生的粘滯摩擦力。其中第一項(xiàng)起主導(dǎo)作用，它與流體流速u的平方，流體的密度ρ及靶的受力面積A成正比。即21F1

2x

r

AF

=

x

ru A

u

=qv

=

uA￠qm

=

rqv2可得體積流量

同理，質(zhì)量流量式中A￠流通面積；x為阻力系數(shù)第六章質(zhì)量流量測(cè)量方法與儀表實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)和控制中，例如對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制，成本核算以及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)等方面的要求，常需要知道流體的質(zhì)量流量。流體質(zhì)量流量測(cè)量方法大致可分為如下三種類型：直接式質(zhì)量流量測(cè)量方法：流量計(jì)的輸出信號(hào)直接反應(yīng)流體的質(zhì)量流量，而與介質(zhì)的溫度、壓力無(wú)關(guān)。間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法：同時(shí)檢測(cè)流體的體積流量和流體的密度值，然后通過(guò)運(yùn)算器得到流體的質(zhì)量流量。補(bǔ)償式質(zhì)量流量測(cè)量方法：同時(shí)檢測(cè)流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，由計(jì)算單元得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計(jì)算得到質(zhì)量流量。補(bǔ)償式質(zhì)量流量測(cè)量方法，是目前工業(yè)上普遍應(yīng)用的一種測(cè)量方法，但只適用于溫度壓力變化較小的場(chǎng)合，氣體性質(zhì)接近理想氣體范圍，或是溫度-密度呈線性關(guān)系的流體，對(duì)于不滿足上述條件的流體，由于其溫度、壓力與密度之間關(guān)系比較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)確的補(bǔ)償。因此有必要采用前兩種測(cè)量方法。直接式質(zhì)量流量計(jì)有多種類型，如熱式、差壓式、葉輪式、哥氏力等質(zhì)量流量計(jì)，由于受原理和結(jié)構(gòu)上的限制，工業(yè)上未得到廣泛應(yīng)用。一.熱式質(zhì)量流量計(jì)的原理熱式質(zhì)量流量計(jì)是由外熱源對(duì)被測(cè)流體加熱，測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的溫度變化來(lái)反映質(zhì)量流量，或利用加熱流體時(shí)溫度上升所需能量與流體質(zhì)量之間關(guān)系來(lái)測(cè)量流體質(zhì)量流量的儀表。比較典型的是托馬斯流量計(jì)。托馬斯質(zhì)量流量計(jì)是利用氣體的放熱量或吸熱量與該氣體的質(zhì)量成正比的原理制成的。利用這一原理可通過(guò)測(cè)量氣體的吸熱量得到氣體的質(zhì)量流量。第一節(jié)直接式質(zhì)量流量計(jì)圖6-1托馬斯氣體流量計(jì)簡(jiǎn)圖設(shè)氣體的定壓比容為Cp；電熱絲前后兩側(cè)測(cè)溫點(diǎn)溫差為ΔT；氣體的質(zhì)量流量為qm；單位時(shí)間內(nèi)耗電能為E。E

=

Cp

DTqm

qm

=

E

C

DTp二.差壓式質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理量管同個(gè)流流量如圖6-2所示，差壓式質(zhì)量流計(jì)由孔板和定流量泵組成。在主道內(nèi)安裝兩個(gè)結(jié)構(gòu)和尺寸完全相的孔板A和B，在副管道中安裝各定流量泵，并且兩者流向相反，量相等，記為qV*，在被測(cè)流體為qV的情況下，流經(jīng)孔板A的流量為

qV－qV*，流經(jīng)孔板B的流量為qV

+qV*。圖6-2差壓式質(zhì)量流量計(jì)原理圖(

((

)13*

2

;Av

v

Bv

vA

B

1

3

v

vmvv4kq

*Dp

=

kr

q

-

q*

2

;

Dp=

kr

q

+

qDp

-

Dp

=

p

-

p