Chapter4流量测量

3.5流量测量LWQ系统气体涡轮流量计LFX分流旋翼式蒸汽流量计分体管段式超声波流量计涡街流量计LC-11型椭圆齿轮流量计3.5.1概述流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用qm表示，单位为kg/s。重量流量：是单位时间内通过的流体重量，用qG表示，单位为kgf/s。体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用qV表示，单位为m3/s。这三种方法中，质量流量是表示流量的最好方法。它们三者之间可以互相换算。质量流量和体积流量有下列关系：qm=ρqv质量流量和重量流量之间关系为：qG=qmg流量有瞬时流量和累积流量之分。所谓瞬时流量，是指在单位时间内流过管道某一截面流体的量。所谓累积流量，是指在某一时间间隔内流体通过的总量。该总量可以用在该段时间间隔内的瞬时流量对时间的积分而得到，所以也叫积分流量。累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量。流量测量方法：（1）速度式流量测量方法——直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。（2）容积式流量测量方法——通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。（3）通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。工业上常用的流量计，按其测量原理分为以下四类：1．差压式流量计：主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。2．速度式流量计：主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比。属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等。3．容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。4．其它类型流量计：如基于电磁感应原理的电磁流量计、涡街流量计等。3.5.2差压式流量计差压式流量测量方法，是根据伯努利方程提供的基本原理，通过测量流体差压信号来反映流体流量的测量方法。差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压的差压计组成。节流式流量计主要由两部分组成：节流装置和测量静压差的差压计。节流装置是安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装置。常用的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔板，如图所示。1、标准节流元件标准孔板结构简单，安装方便，适合大流量的测量标准喷嘴标准文丘里管结构复杂，压力损失比孔板小当管道内部装有节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差．该压力差通过差压计检出．流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。2、差压式流量计工作原理及流量基本公式选定两个截面：I—I是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面；II-II是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束截面，由伯努利方程式得：2''2'1122'1122..................(1)22vpvpSvSv由连续性方程：........(2)01221''SvvmvS由于流束在节流装置后的最小收缩面积S2，实际上很难确切地知道它的数值，因此用节流装置开孔的截面积S0来表示,20SS其中称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关。由（2）得：p1’、p2’—流体在截面I—I和II—II处的静压力v1、v2’—流体在截面I—I和II—II处的平均流速代入（1）式得：其中：m=S0/S12122212'('')...................(368)1vppm上面得到的流速是理论值，因为理想的不可压缩的流体是不存在的。流体有粘度，故有摩擦，因此实际的流速应修正。其次，考虑到使用方便，实际上经常在节流装置前后两个固定位置上测取压力p1、p2，代替p1’、p2’，在计算v2的公式中亦应修正。考虑这两方面的因素，在II—II截面上的流速:'2212222()1vvppm1212''pppp流过截面II—II的体积流量为0222012220122()12()..........................(372)vSQvSvSppmSppm称为流量系数，和节流装置的面积比、流体的粘度、密度、取压方式有关，是用实验方法确定的系数。221m＝－对于可压缩流体：0120120122()2()2().........(3.74)vvmvqQSPPqqSPPSPP式中α——流量系数ε——流体膨胀系数（一般气体有效（见书P112（3－75）式，液体取1）S0——节流装置的开孔截面积ρ——指节流前的流体密度，Δр＝P1－P2——节流装置前后实际测得的压力差3、差压式流量计组成节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。4、差压式流量计的使用测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计孔板引压管差压计＃取压方式：差压式流量计是通过测量节流件前后压力差p来实现流量测量的，而压力差p的值与取压孔位置和取压方式紧密相关。节流装置的取压方式有以下5种．(1)角接取压:上下游取压管位于孔板(或喷嘴)的前后端面处。角接取压包括单独钻孔和环室取压。(2)法兰取压：上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为25.4±0.8mm（1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上．（3)径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为1Dm±0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔极下游端面的距离为0.5Dm。（Dm管道直径）。(4)理论取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为lDm±0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因值不同而异。该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离。如图3—7中的4—4位置。(5)管接取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为2.5Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为8Dm．如图3—7中的5—5位置．该方法使用很少．标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即角接取压装置和法兰取压装置。其中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。(1)角接取压装置角接取压装置可以采用环室或夹紧环(单独钻孔)取得节流件前后的差压。（2）法兰取压装置法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。标准取压装置：环室取压单独钻孔取压法兰取压标准喷嘴取压方式标准孔板的几种取压方式标准取压方式：标准孔板可采用角接取压、法兰取压标准喷嘴采用角接取压环室取压单独钻孔取压差压式流量计分类表分类原则分类类型按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置按用途分类1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置；3.5.3转子流量计（1）测量原理与流量公式转子流量计具有结构简单、使用方便、价格便宜、量程比大、刻度均匀、直观性好等特点，可测量各种液体和气体（蒸汽用电气远传金属浮子流量计）的体积流量，并将所测得的流量信号就地显示或变成标准的电信号或气信号远距离传送。转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管及支撑连接部分组成。转子流量计的构造是在一根截面积自下而上逐渐扩大的垂直锥形玻璃管1内，装有一个能够旋转自如的由金属或其它材质制成的转子2（或称浮子）。被测流体从玻璃管底部进入，从顶部流出。LZB型玻璃转子流量计当流体自下而上流过垂直的锥形管时，转子受到两个力的作用：一是垂直向上的推动力，它等于流体流经转子与锥管间的环形截面所产生的压力差；另一是垂直向下的净重力，它等于转子所受的重力减去流体对转子的浮力。当流量加大使压力差大于转子的净重力时，转子就上升。当压力差与转子的净重力相等时，转子处于平衡状态，即停留在一定位置上。在玻璃管外表面上刻有读数，根据转子的停留位，即可读出被测流体的流量。转子流量计是变截面定压差流量计。作用在浮子上下游的压力差为定值，而浮子与锥管间环形截面积随流量而变。浮子在锥形管中的位置高低即反映流量的大小。设Vf为转子的体积，F为转子最大部分的截面积，ρ1为转子材质的密度，ρ为被测流体的密度。若上游环形截面为1-1’，下游环形截面为2-2’，则流体流经环形截面所产生的压强差为（p1-p2）。当转子在流体中处于平衡状态时，即转子承爱的压力=转子所受的重力－流体对转子的浮力于是121()PPFvv112pppvF设流体流过环隙F1的流速为C：122(),KPPCK其中为系数。2210F0.25)}dnld＝｛（则可写出转子流量计的体积流量公式，1112()vvqcFKFFd0－在刻度尺零点处的锥形管内径。n－转子升起单位高度时，锥形管内径的变化。l－转子由零点上升的高度。d－转子的最大直径。(1-69)（2）转子流量计的使用与特点转子流量计的刻度与被流体的密度有关。通常流量计在出厂之前，先用20C的水和20C及1atm空气分别作为标定流量计刻度的介质。当应用于测量其它流体时，需要对原有的刻度加以校正。假定出厂标定时所用液体与实际工作时的液体的流量系数相等，并忽略粘度变化的影响，根据式1-69，在同一刻度下，两种液体的流量关系为式中下标1表示出厂标定时所用的液体；下标2表示实际工作时的液体。f-转子材料的密度。212112fvvfqq用一个用水标定的转子流量计来测量苯的流量，流量计的读数为28m3/h，已知转子密度为7920kg/m3的不锈钢，苯的密度为0.831kg/L，求苯的实际流量是多少？21211237.920.831)128(7.921)0.831281.1131.08/fvvyfQqqmh苯（例已知：1=1kg/L，2=0.831kg/L，f=7.92kg/L，qv1=QN=28m3/h，代入修正公式式可得：解所以苯的实际流量是31.08m3/h。3.5.4电磁流量计LDE型电磁流量计（1）测量原理电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。如图所示，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体相当于长度为D的导线沿管轴向运动切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极于该长度为D的虚拟导线两侧，则电极间产生和流速成比例的电动势即电位差。式中，E为感应电动势：B为磁感应强度，D为管道内径；v为液体在管道内平均流速。而流量EBDv244vDDEqvBa:直流励磁直流励碰方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，但是，使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化，即电解质在电场中被电解，产生正负离子，在电场力的作用下，负离子跑向正极(见图3－17电极位置），正离子跑向负极。这样，将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围，严重影响仪表的正常工作．所以，直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等．b:交流励磁目前，工业上使用的电