流體流量測量方法及儀表課件

9流體流量測量方法及儀表如果在截面上速度分布是均勻的，則：通過流體流量的測量,可以了解掌握流動過程、進(jìn)行生產(chǎn)過程的自動控制、實行能源管理。如給水流量、主蒸汽流量、煙氣流量等。流量的概念

流體在單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質(zhì)量流量(kg/s)。9流體流量測量方法及儀表如果在截面上速度分布是均勻的，則：1

流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不均勻，流過面積上的體積流量為：測量某一段時間內(nèi)流過的流體量，即瞬時流量對時間的積分，稱之流體總量。用來測量流量的儀表統(tǒng)稱為流量計。測量總量的儀表稱為流體計量表或總量計。流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不均勻，流過面積上2（1）差壓式流量計:通過測量差壓來間接確定流體流量的流量計。如孔板流量計、文丘利流量計、轉(zhuǎn)子流量計等。

（4）質(zhì)量流量計：直接或單一測量讀出質(zhì)量流量的流量計。如熱式、雙孔板、雙渦輪、科里奧利等。（2）速度式流量計：利用測量管道內(nèi)部流體速度的大小來測量流量的流量計統(tǒng)稱為速度式流量計。如渦輪、渦街、超聲流量計。

（3）容積式流量計：利用一個標(biāo)準(zhǔn)小容積連續(xù)地定排量測量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)容積的容積值和連續(xù)測量的累計次數(shù)，求得累積流量的流量計。常見的有橢圓齒輪流量計、刮板流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計等。按測量原理可分為：

（4）質(zhì)量流量計：直接或單一測量讀39.1容積式流量計容積式計量表利用儀表內(nèi)的一個固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質(zhì)，根據(jù)定量容積稱量的次數(shù)來決定流過的總量。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)不同，有：橢圓齒輪流量計、腰輪流量汁等。1、橢圓齒輪流量計：嚙合齒輪、儀表殼體9.1容積式流量計容積式計量表1、橢圓齒輪流量計：嚙合齒42腰輪流量計（羅茨流量計）腰輪流量計除可測液體外，還可測量氣體，精度可達(dá)0.1％，并可做標(biāo)準(zhǔn)表使用；最大流量可達(dá)1000m3/h。腰輪上沒有齒，它們不是直接相互嚙合轉(zhuǎn)動，而是通過按裝在體外的傳動齒輪組進(jìn)行傳動．2腰輪流量計（羅茨流量計）腰輪流量計除可測液體外，還可測量53刮板流量計

工作原理：流體在流量計進(jìn)出口壓差作用下，推動流量計的刮板和轉(zhuǎn)子儀器轉(zhuǎn)動。刮板在一個固定的凸輪作用下，可以沿徑向運動而伸出和收回。3刮板流量計工作原理：流體在流量計進(jìn)出口壓差作用下，推動6容積式流量計測量誤差主要源于運動件的間隙中泄漏所引起的。這個泄漏量與間隙、粘度、前后壓差有關(guān)。4、容積式流量計性能分析?P—流量計前后流體的壓力差μ—流體的動力粘度。k—流量計結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)。容積式流量計測量誤差主要源于運動件的間隙中泄漏所引起的。這個71、從測量原理上講，準(zhǔn)確度不受流量、粘性和密度的影響。2、計量精度高，基本誤差一般為±0.5％R，特殊的可達(dá)±0.1％R。3、在旋轉(zhuǎn)流和管道阻流件流速場畸變時對計量精確度沒有影響，沒有前置直管段要求。4、范圍度寬，一般為10：1到5：1，特殊的可達(dá)30：1或更大。

5、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，笨重，故一般只適用于中小口徑。6、由于高溫下零件熱膨脹、變形，低溫下材質(zhì)變脆等問題，一般不適用于高低溫場合。目前可使用溫度范圍大致在-30～+160℃，壓力最高為10MPa。7、大部分容積式儀表只適用潔凈單相流體，含有顆粒、臟污物時上游需裝過濾器，既增加壓損，又增加維護(hù)工作；容積式流量計特點：1、從測量原理上講，準(zhǔn)確度不受流量、粘性和密度的影響。5、結(jié)89.2速度式流量測量方法速度式流量計是從直接測量管道內(nèi)流體流速v作為流量測量依據(jù)的。若測得的是管道截面上的平均流速v，則流體的體積流量:

（A為測量管道橫截面積)若測得的是管道橫截面上的某一點流速v，則流體的體積流量:

(K流量系數(shù)，與管道內(nèi)流速分布有關(guān)，一般在典型速度分布下確定)．9.2速度式流量測量方法速度式流量計是從直接測量管道內(nèi)9在層流流動狀態(tài)下，流速分布是以管軸為中心線的軸對稱拋物線分布。在紊流流動狀態(tài)下，管內(nèi)流速同樣是以管中心線軸對稱的分布，但是其分布呈指數(shù)曲線形式。要求：儀表前后有足夠長的直管端或加裝整流器，使得進(jìn)入儀表的速度分布達(dá)到典型的層流和紊流分布。在層流流動狀態(tài)下，流速分布是以管軸為中心線的軸對稱拋物線分布101、渦輪流量計工作原理：當(dāng)流體通過管道時，沖擊管道中心渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。忽略渦輪上的阻力矩作用時，渦輪旋轉(zhuǎn)的角速度與流體速度的關(guān)系：1、渦輪流量計工作原理：當(dāng)流體通過管道時，沖擊管道中心渦輪11流體流量測量方法及儀表課件121)、ξ受流體粘性摩擦阻力，渦輪與軸承之間阻力作用。渦輪流量計影響因素：2）、受流體速度分布的影響（儀表前15D，儀表后5D）。3）、溫度變化的影響，適用的溫度范圍?。ǎ?0－120度）。1)、ξ受流體粘性摩擦阻力，渦輪與軸承之間阻力作用。渦輪流量13渦輪流量計特點和應(yīng)用(1)精度高，測量相對誤差在±(0.2-1.0)%。(2)重復(fù)性好重復(fù)性可達(dá)0.05％－0.2％(3)輸出脈沖頻率信號適于總量計量及與計算機(jī)連接，無零點漂移，抗干擾能力強(qiáng)。(4)測量范圍寬,流量范圍可達(dá)10:1，對腐蝕性氣體和液體都適用；(5)線性好、耐高壓（16MPa）、體積小且壓力損失也很小。(6)對被測流體清潔度要求高；適用的溫度范圍?。ǎ?0－120度）；軸承的磨損影響儀表的適用壽命。(7)不適用于較高粘度介質(zhì)。(8)受來流流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大應(yīng)用：石油、有機(jī)液體、無機(jī)液、液化氣、天然氣、煤氣和低溫流體等的測量。渦輪流量計特點和應(yīng)用(1)精度高，測量相對誤差在±(0.2-14電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。2、電磁流量計當(dāng)導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動時，在磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積15電磁流量計：磁路部分、測量導(dǎo)管、電極、內(nèi)襯及外殼組成。采用直流磁場產(chǎn)生的直流電勢，會使待測液體發(fā)生電解，而在電極上產(chǎn)生極化現(xiàn)象，破壞感生電動勢測量條件，勵磁采用交變磁場：電磁流量計：磁路部分、測量導(dǎo)管、電極、內(nèi)襯及外殼組成。采用直16交變磁場勵磁流量計抗干擾措施：1、合理布置電極引線，使電極引線、導(dǎo)電液體和外接儀表構(gòu)成的閉合回路與磁力線平行。2、利用調(diào)零電位器。3、采用低頻矩形波激勵磁方式。交變磁場勵磁流量計抗干擾措施：1、合理布置電極引線，使電極引17電磁流量計的特點：測量導(dǎo)管中無阻力件，壓力損失極??；其流速測量范圍寬，為0.5~10m/s；范圍度可達(dá)10:1；流量計的口徑可從幾毫米到幾米以上；流量計的精度0.5~1.5級；儀表反應(yīng)快，流動狀態(tài)對示值影響小，可以測量脈動流和兩相流；對測量導(dǎo)電流體的電導(dǎo)率有要求，不能測量氣體、蒸汽和電導(dǎo)率低的石油流量。電磁流量計的特點：183、渦街流量計渦街流量計（Vortexflowmeter)的基本原理是卡門渦街現(xiàn)象，當(dāng)流體環(huán)繞通過一個非流線型的柱體時將產(chǎn)生漩渦，漩渦在柱體的兩側(cè)交替產(chǎn)生，產(chǎn)生漩渦的頻率與流量的大小成線性比例關(guān)系。由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。只有當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足：所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。3、渦街流量計渦街流量計（Vortexflowmeter19渦街流量計組成：漩渦發(fā)生體、感測器和信號處理系統(tǒng)。柱體：Re＝104－105,St=0.21;三棱柱：Re＝104－5x105,St=0.16

感測器：1、檢測漩渦發(fā)生后在漩渦體上受力的變化頻率，如應(yīng)變、壓電等檢測技術(shù)。2、檢測漩渦發(fā)生后在漩渦發(fā)生體附近的流動變化頻率，即流速檢測類，如熱敏檢測技術(shù)。漩渦發(fā)生體：形狀、尺寸和構(gòu)造要保證產(chǎn)生強(qiáng)烈的穩(wěn)定渦街，并在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，St為常數(shù)。渦街流量計組成：漩渦發(fā)生體、感測器和信號處理系統(tǒng)。柱體：Re20渦街流量計的特點：1、漩渦頻率只與速度有關(guān)，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體性質(zhì)變化的影響。2、測量精度高，誤差為1％，重復(fù)性誤差在0.5%;3、壓力損失小，測量范圍可達(dá)到100:1，適合大口徑管道的流量測量。渦街流量計的特點：21渦街流量計渦街流量計224、超聲波流量計速度差法超聲波流量計基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據(jù)測量的物理量的不同，可以分為時差法、相差法、頻差法。4、超聲波流量計速度差法超聲波流量計基本原理為：測量超聲波脈23①時差法

時差法就是測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差。t1-按順流方向，超聲波到達(dá)接收器時間；t2-按逆流方向，超聲波到達(dá)接收器時間。①時差法

時差法就是測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播24②相差法

相位差法是把上述時間差轉(zhuǎn)換為超聲波傳播的相位差來測量。超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為的超聲波脈沖，式中為超聲波的角頻率。

按順流方向發(fā)射時收到的信號相位；

按逆流方向發(fā)射時收到的信號相位。②相差法

相位差法是把上述時間差轉(zhuǎn)換為超聲波傳播的相位25③頻差法

頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來測量流量的。

順流時脈沖循環(huán)頻率：

逆流時脈沖循環(huán)頻率：

脈沖循環(huán)頻差：

③頻差法

頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻26工作原理：由超聲波換能器1發(fā)射脈沖式超聲波穿過管壁－流體－管壁達(dá)到達(dá)換能器2所接收，并轉(zhuǎn)換為電脈沖，在把電脈沖施加到換能器1上激發(fā)超聲波再發(fā)射出去，如此循環(huán)構(gòu)成一個自激振蕩，振蕩頻率為f1

。持續(xù)一段時間后，由切換開關(guān)切換為換能器2發(fā)射脈沖超聲波，換能器1接收，同樣形成自激振蕩，振蕩頻率為f2。工作原理：由超聲波換能器1發(fā)射脈沖式超聲波穿過管壁－流體－27超聲波流量計的特點1、受截面速度分布的影響，儀表需有足夠直管段（前20D，后5D）.2、屬于非接觸式測量儀表，無壓力損失。3、準(zhǔn)確度不高，相對誤差在±2％左右。超聲波流量計的特點28接式流量計原理建立換熱基礎(chǔ)上，在流體流動的途徑上設(shè)置加熱體，導(dǎo)致加熱體上游和下游的流體溫度不同，同時加熱體受到冷卻，溫度變化以及加熱體熱量散失與流體流速或流量有關(guān)。有熱線風(fēng)速儀、托馬斯流量計、邊界層流量計等。

5.熱式流量計⑴熱線風(fēng)速儀接式流量計原理建立換熱基礎(chǔ)上，在流體流動的途徑上設(shè)置加熱體，29根據(jù)傳熱規(guī)律：

為流體的定壓比熱;兩點溫度差

(2)托馬斯流量計根據(jù)傳熱規(guī)律：為流體的定壓比熱;兩點溫度差(2)托馬斯30設(shè)流動為不可壓縮無粘性流體的穩(wěn)定流動，駐點處流體的伯努利方程為： 由此可以得該點的流速為：9.5

皮托管和均速管流量計對于可壓縮流體：⑴皮托管與均速管設(shè)流動為不可壓縮無粘性流體的穩(wěn)定流動，駐點處流體的伯努利方31

皮托管是一根彎成直角的雙層空心復(fù)合管，帶有多個取壓孔，能同時測量流體總壓和靜壓。皮托管結(jié)構(gòu)

皮托管是一根彎成直角的雙層空心復(fù)合管，帶有多個取32⑵均速管流量計均速管測量流速的原理與皮托管相同，體積流量可由下式確定：⑵均速管流量計均速管測量流速的原理與皮托管相同，體積流量可33在流體通過的管道中，垂直于流動方向插上一塊圓盤形的靶。流體通過時對靶片產(chǎn)生推力，流量與力的平方近似成正比。(3)靶式流量計在流體通過的管道中，垂直于流動方向插上一塊圓盤形的靶。流體通344、浮子流量計（轉(zhuǎn)子流量計）4、浮子流量計（轉(zhuǎn)子流量計）35流體自下而上運動時，作用在浮子上的阻力;浮子本身的垂直向下的重力；流體對浮子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力。當(dāng)浮子處于平衡狀態(tài)時,有：轉(zhuǎn)子流量計的測量原理式中，α為流量系數(shù)；A0為流量計有效通流面積；

為流體密度；

f為浮子材料的密度；Af為浮子的最大迎流面積。流體自下而上運動時，作用在浮子上的阻力;浮子本身的垂直向下36流體流量測量方法及儀表課件37在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積，所以在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量。密度隨溫度、壓力而變化，所以在測量流體體積流量時，要同時測量流體的壓力和溫度，進(jìn)而求出質(zhì)量流量。在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測量的目的。這樣便希望用質(zhì)量流量計來測量質(zhì)量流量