1第七节流量测定

7.1概述7.2节流式流量计7.3涡轮流量计7.4光纤流量计7.5超声波流量计第七节流量测量流量的定义流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。流量的表示方法质量流量、体积流量、重量流量。若以M表示流体流过一定截面的质量，则质量流量为mdmqdtkg/s若以V表示流体流过一定截面的体积，则体积流量为vdVqdt3m/s若以G表示流体流过一定截面的重量，则重量流量为GdGqdtkgfs三者的关系为Gmvqqqg流量的测量方法可分为直接测量法和间接测量法。直接测量法：用标准容积和标准时间计量后，计算平均流量。间接测量法：通过测量与流量有关的物理量得出流量。间接测量法的常见形式流速法vAG节流差压法pKQ变面积式KlQ涡轮机械式KnQ旋涡式KfQ电磁式超声波流量计的类型容积型流量计速度型流量计质量型流量计知识点1、流量计有哪几种类型？7.2节流式流量计一、基本原理:流体流过孔板、喷嘴或文丘里管等节流元件时，将产生局部收缩，其流速增加，静压降低，在节流元件前后产生静压差，测出这个压差就可以算出流量。由节流件、取压装置、阻流件、中间管道组成。上游第二个阻流件上游第一个阻流件节流件取压装置下游第一个阻流件中间管道常用节流元件取压方式取压方式有角接取压、法兰取压、D和D/2取压等方式角接取压法兰取压节流原理•流速收缩：沿管道轴向流动的流体，当遇到节流装置时，近壁处的流体由于受到节流装置的阻挡最大，促使流体的一部分动压头转换为静压头，体现在P1的升高。•ΔP的产生：由于节流装置造成流束的局部收缩，同时流体又是保持连续流动，因此在截面积最小流速达到最大，而压力最低。•流量越大，流束的局部收缩和能量转换越显著，因此节流装置两端的压差也越大。p22(缩脉)2p00011p1R结构：如图所示。测量原理：孔板测出孔板上、下游两个固定位置之间的压差，便可计量出流量的大小。取压方法：采用角接法（取压口在法兰上）思考：1、2间的压力分布为何呈现上图所示的形状？孔板流量计orificeflowmeterp22(缩脉)2p00011p1R测量原理：22200211upup)(0011孔口uAuA暂不计摩擦损失，1、0之间有：考虑到流体有阻力损失012100211ppAAu01210021ppAACuD0102ppC孔流系数当Re1超过某界限值时，C0不再随Re1而变C0=const，此时流量就与压差计读数的平方根成正比，因此，在孔板的设计和使用中，希望Re1大于界限值。孔板一定时：1010,ReAAfC0.840.820.800.70.780.76C00.740.6A00.72A10.700.50.680.660.40.640.30.620.20.600.10.053104105106Re1孔流系数C0与Re1及A0/A1的关系C0值多在0.6至0.7之间孔流系数：取决于截面比A0/A1,管内雷诺数Re1,孔口的形状及加工精度等。则：pa-pb=gR(ρA-ρ)根据流速u0可求出流量Vs，Ws。假设ρ为被测流体的密度，ρA为U形管压强计内指示液的密度，液柱压力计的读数为R，()ρ=u02gρρC0-√RAu0VsA0C0A0()ρ=2gρρ-√RA=Ws=Vs=C0A0()ρ2gρ-ρρRA√孔板流量计（矿大）.swf例：20℃苯在φ133×4mm的钢管中流过，为测量苯的流量，在管道中安装一孔径为75mm的标准孔板流量计。当孔板前后U形压差计的读数R为80mmHg时，试求管中苯的流量（m3/h）。3kg/m880sPa1067.0336.0)12575()(221010ddAA648.00C5105.1Rec/h)48.96(m/s)m(0136.0880)88013600(81.908.02075.0785.0648.0)(2332000RgACqV解：查得20℃苯的物性：面积比：由公式可求得苯的体积流量：设Re＞ReC，由图1-35查得：校核Re：管内的流速m/s)(1.1125.040136.04221dquV管道的Re：cudRe1081.11067.01.1880125.0Re5311故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：qV＝48.96m3/h优点：构造简单，安装方便。缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。主要是由于流体流经孔板时，截面的突然缩小与扩大形成大量涡流所致。虽然流体经管口后某一位置流速已恢复与孔板前相同，但静压力却不能恢复，产生了永久压力降。孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计该流量计的核心问题。孔板流量计的优缺点孔板流量计的两种接法（1）角接法其取压口在孔板前后两片法兰上；（2）径接法其上游取压口在距离孔板1倍管径处，下游取压口在距离孔板0.5倍管径处。孔板流量计的安装（1）水平安装在管路上；（2）孔板流量计安装时，上、下游需要有一段内径不变的直管作为稳定段，上游长度至少为管径的10倍，下游长度为管径的5倍。文丘里（Venturi）流量计1、文氏流量计的结构孔板流量计的主要缺点是能量损失较大，其原因在于孔板前后的突然缩小与突然扩大。若用一段渐缩、渐扩管代替孔板，所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量计。当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和逐渐扩大，流速变化平缓，涡流较少，故能量损失比孔板大大减少。文氏流量计的结构示意图2、文丘里流量计的测量原理文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同，也属于差压式流量计。其流量公式也与孔板流量计相似，即：002VsgRACv式中CV——文丘里流量计的流量系数（约为0.98～0.99）；A0——喉管处截面积，m2。3、文氏流量计的优缺点优点：阻力损失小，大多数用于低压气体输送中的测量；缺点：加工精度要求较高，造价较高，并且在安装时流量计本身占据较长的管长位置。7.2、变压头流量计gRppBA01、测速管：又称皮托（Pitot）管结构：如图所示。测速原理：ggpgpA22υ02Rg2υ02gRυ内管A处外管B处gpgpB压差计uARpB测管中心最大流速，由求平均流速，再计算流量。三、安装（1）测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离；（2）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；（3）皮托管外径d0不应超过管内径d的1/15，即d0d/15。（2）流量的求取：udAVS由速度分布曲线积分maxmaxRe~uu讨论：（1）皮托管测量流体的点速度，可测速度分布曲线；0.90.8uumax0.70.60.5102103104105106107Remax=umaxd/Re=ud/测出vmaxRemax平均速度u流量Remax=vmaxd/maxvu优点：结构简单、阻力小、使用方便，尤其适用于测量气体管道内的流速缺点：不能直接测出平均速度，且压差计读数小，常须放大才能读得准确测速管(Pitot管)1---静压管2---冲压管知识点1、什么是节流式流量计，常见的类型有哪些？转子流量计1)结构和原理微锥形玻璃管，锥角约为4左右转子（或称浮子）,直径略小于玻璃管的内径；转子密度须大于被测流体的密度。特点：恒压头，变截面变截面流量计测量原理：u00011u1重力浮力升力3)随着转子的上浮，环隙面积逐渐增大，环隙内流速将减小，于是升力也随之减小。4)当转子上浮至某一高度时，升力与净重力（＝重力－浮力）相等，转子受力达到平衡，并停留在这一高度上。5)转子流量计就是依据这一原理，用转子的位置来指示流量大小的。1)当流体不流动时，因重力浮力，故转子沉在底部。2)当流体流入时，转子受到重力和流体施加的向上的力（流体摩擦力的反作用力，包括浮力和升力），因（浮力＋升力）重力，故转子将上升。重力浮力升力u00011u1当转子停留在某一高度时，212010012uuzzgpp将转子近似看为一个圆柱体，则在0-0、1-1面间列伯努利方程：重力fpAgVAppfff01gVAuufff21202gVAAAufff21020121100AuAu原理：先按理想流体推导，此时摩擦力为零。fffAgVAAu2112100fffRAgVCu20fffRAgVACAuV2000常数变量流量系数考虑到实际转子不是圆柱状、流体非理想，将上式加一校正系数，得：-----是环隙雷诺数Re0的函数，其值由实验测定，如图所示。由图可见，当雷诺数超过一定值后，CR为常数。流量系数CR1.000.900.800.700.600.500.400.3010102103104105环隙雷诺数Re0CR转子流量计安装、使用中注意事项ffVVfffRAgVACV20读数常需换算：使用时被测流体物性（、）与标定用流体不同（20C水或20C、1atm的空气），则流量计刻度必须加以换算：转子流量计必须垂直安装，且应安装旁路以便于检修V、实际被测流体的流量、密度；V、标定用流体的流量、密度优点：读取流量方便流体阻力小，测量精确度较高，能用于腐蚀性流体的测量流量计前后无须保留稳定段。缺点：玻璃管易碎，且不耐高温、高压。7.3涡轮流量计1、涡轮流量计的结构涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示仪表组成。涡轮流量计包括涡轮、导流器、磁电感应转换器、外壳及前置放大器等部分。1.涡轮2.导流器3.磁电感应转换器4.外壳5.前置放大器特点:(1)精度高：基本误差在±0.25～±1.5%之间；(2)量程比大：一般为10：1；(3)惯性小：时间常数为毫秒级；(4)耐压高：被测介质的静压可高达l0MPa；(5)使用温度范围广：有的型号可测-200℃的低温介质的流量，有的可测400℃度的介质的流量；(6)压力损失小：一般为0.02Mpa；(7)输出是频率信号：容易实现流量积算和定量控制；(8)流体中不能含有杂质，否则误差大，轴承磨损快，仪表寿命低，故仪表前最好装过滤器；不适于测粘度大的液体。一、工作原理涡轮流量计是由变送器和显示仪表组成。涡轮叶片受力而旋转，其转速与流体流量（流速）成正比，其转数又可以转换成磁电的频率，此频率表现为电脉冲，用计数器记录此电脉冲，就可以得到流量。变送器的形式切线式轴线式涡轮流量计的结构当流体通过安装有涡轮的管路时，流体的动能冲击涡轮发生旋转，流体的流速愈高，动能越大，涡轮转速也就愈高。在一定的流量范围和流体粘度下，涡轮的转速和流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳体上的检测线圈所产生的磁力线，使检测线圈磁电路上的磁阻周期性变化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性变化，检测线圈产生脉冲信号，即脉冲数。其值与涡轮的转速成正比，也即与流量成正比。这个电讯号经前置放大器放大后，即送入电子频率仪或涡轮流量积算指示仪，以累积和指示流量。知识点1、涡轮流量计的工作原理是什么？7.4光纤流量计一、光纤差压式流量计二、光纤膜片式流量计二、光纤卡门涡街流量计工作原理在流动的流体中放置一根其轴与流向垂直的、有对称形状的非流线形状柱体（如圆柱、三角柱等），该柱体称漩涡发生体。当流体绕过漩涡发生体时，出现了附面层分离，在漩涡发生体下游两列不对称、但有规律的漩涡列，这就是卡门涡街。当两漩涡列之间的距离h和同列的两个漩涡之间的距离l满足h/l=0.281时，所产生的涡街是稳定的。此时漩涡的分离频率f与漩涡发生体处流体平均流速v及柱宽d有如下关系dvSftSt:斯特劳哈尔数，它与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。实验证明