第3章 过程测量仪表3(流量)

1§3-4流量测量仪表流量检测方法2概述312.1、差压式流量计2.2、容积式流量计2.3、浮子式流量计2.4、电磁流量计2.5、涡街流量计2流量检测在生产过程中，为了有效地进行操作、控制和监督，需要检测各种流体的流量。物料总量的计量也是经济核算和能源管理的重要依据。流量检测仪表是发展生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，是工业自动化仪表与装置中的重要仪表之一。一、概述3一、概述体积流量qv：指单位时间内流过管道某一截面流体的体积数。其常用单位为m3/h。质量流量qm：指单位时间内流过管道某一截面流体的质量数。其常用单位为kg/h。体积流量与质量流量之间的关系为：在工程应用中，流量通常指单位时间内通过管道某一截面的流体数量，称为瞬时流量。瞬时流量用体积流量和质量流量来表示。除了瞬时流量外，有时候还要求知道在一定的时间内通过管道某一截面的流体数量，称为累计总量。累积总量与瞬时流量的关系是：4流量计的分类体积流量计容积式流量计差压式流量计速度式流量计质量流量计推导式质量流量计直接式质量流量计一、概述5二、流量检测方法（1）2.1、差压式流量计在流量测量中，差压式流量计是应用最广泛的一种流量仪表。差压式流量计通常由节流装置1、引压管2、差压计4（或差压变送器）和三阀组3及显示仪表组成。62.1、差压式流量计（1）节流装置节流装置指安装在管道中的一个局部节流元件以及相配套的取压装置。测量原理流体流经节流装置时，由于节流作用而产生流束收缩，发生能量的转换，在节流装置的前后产生静压力差。这个压差与流体的流量有关，而且流量越大，压差也越大。7以孔板节流装置为例说明：孔板前后流体的压力分布情况孔板前后流体的速度分布情况8根据能量守恒定律，对于不可压缩的理想流体，在管道任一截面处的流体的动能和静压能之和是恒定的。并且在一定条件下互相转化。当表征流体动能的速度在节流装置的前后发生变化时，表征流体静压能的静压力也将随之发生变化。这样在节流装置前后就会产生静压差。测量原理:流量越大，节流装置前后产生的静压差越大。9（2）流量公式根据伯努利方程式和流体的连续性方程可以推导出节流装置前后静压差与流量的定量关系式为Qkp10（3）标准节流装置标准节流装置由节流元件、取压装置以及直管段等所组成。标准节流装置对流体种类，流动条件，管道条件、安装条件、流动参数等均有规定要求，若设计制造、安装使用符合规定标准，则可不必通过实验标定。节流元件的形式很多，有孔板、喷嘴、文丘里管、偏心孔板、圆缺孔板、道尔管、环形管等。目前，国际上规定的标准节流装置有标准孔板、喷嘴和文丘里管。11（4）差压计由节流装置测得的差压信号，经过差压计转换成所需要的流量信号。差压计根据需要可配有指示，记录及流量积算等机构以实现流量的显示。差压变送器、显示仪表12（5）差压式流量计的安装取压孔位于管道的下半部，导压管垂直向下，以便气泡向上排出。13取压孔位于管道的上半部，加装了冷凝器。14取压孔位于管道的上半部，导压管方向朝上。15（6）差压式流量计的投运差压式流量计在现场安装完毕并经核查和校验合格后，方可投入运行。开表前，首先必须使导压管内充满相应的介质，将积存在导压管中的空气排除干净。然后，按照具体步骤操作三阀组，将差压计投入运行。16＊三阀组：安装三阀组的目的是为了在开停表时，防止差压计单向受压，使仪表产生附加误差，甚至损坏。开表操作步骤：1，先开平衡阀，使正负压室连通2，依次打开切断阀1和阀2，使差压计的正负压室承受同样的压力3，最后再渐渐地关闭平衡阀。停表操作步骤：当差压计需要停用时，应先打开平衡阀，然后再关闭切断阀1和2。平衡阀切断阀172.2、容积式流量计容积式流量计，又称定排量流量计。1、椭圆齿轮式流量计工作原理二、流量检测方法（2）18Q=N·4V式中Q―某段时间内流过流体的体积流量；N―某段时间内齿轮转数；V―由齿轮及壳壁所构成的新月形容积。椭圆齿轮的转动通过磁性密封联轴器及传动减速机构传递给计数器直接指示被测流体总量。附加发送装置，配以电显示仪表可实现远传指示瞬时流量或总量。原理：利用机械部件使被测流体连续充满具有一定容积的空间，然后再不断将其从出口排放，根据排放次数及容积来测量流体体积总量的流量计。192．椭圆齿轮流量计特点适于测量液体介质，尤其适于测量高粘度液体。容积式流量计测量精度较高。避免被测介质含有脏污物或颗粒状，以防止早期磨损或损坏仪表，或加装过滤器，以保证测量的准确性。201．工作原理浮子流量计是由一根自下向上扩大的垂直锥管和一个可以上下自由浮动的浮子所组成。如图3-30所示。工作原理:浮子的位移量与流量有着对应关系。2.3、浮子(转子)流量计二、流量检测方法（3）21玻璃管、金属管转子流量计222．使用特点浮子流量计结构简单，工作可靠，压力损失小。可连续测量气体、液体的体积流量，尤其适用于小流量的测量场合。浮子流量计须垂直安装，使流体自下而上流动。需要指出的是：浮子流量计出厂时其刻度是按标准状态下的水或空气标定的，若实际使用中的测量介质或条件不符合出厂标准条件，需考虑测量介质密度、温度变化产生的影响，对仪表刻度指示值重新标定。232.4、电磁流量计1．工作原理电磁流量计是基于电磁感应定律原理工作的流量测量仪表。当具有一定导电率的液体在垂直于磁场的测量管内流动时，液体中会产生电动势。二、流量检测方法（4）24电磁流量计由测量管，左右相对安装的电极，上下安装的磁极N和S所组成，三者互相垂直。25感应电势由两电极引出，其电势的数值与流量大小，磁场强度，管径等有关。感应电势公式：E=KBDv式中E―感应电动势，V;K―系数；B―磁感应强度，T;D―测量管内径，m;v―平均流速，m/s。26体积流量qv与流速v的关系为:当B恒定，管内径D恒定，K由校验确定后，被测流量完全与电势成正比。感应电势公式：E=KBDv272．使用特点电磁流量计不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，测量管内无阻碍流动部件，不易阻塞，无压力损失，直管段要求较低，测量范围度大，用于测量具有一定电导率的液体。适用范围：测量泥浆、矿桨、纸浆等含有固体颗粒的液体，并能测量具有腐蚀性的酸、碱、盐等溶液。282.5、涡街流量计1．检测原理涡街流量计是利用流体振荡的原理进行流量测量。当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡列，旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测量出频率的变化，就可以得知流体的流量。二、流量检测方法（5）29图3-29卡门涡街形成原理在流体中垂直于流动方向放置一个非流线型的物体，在它的下游两侧就会交替出现旋涡，两侧旋涡的旋转方向相反，并轮流地从柱体上分离出来。这两排平行但不对称的旋涡列称为卡门涡列或涡街。30图3-29卡门涡街形成原理由于涡列之间的相互作用，旋涡的涡列一般是不稳定的。实验表明，只有当两列旋涡的间距h与同列中相邻旋涡的间距L满足条件h/L=0.281时，这两个旋涡列才是稳定的。31tvfSd式中，St是一个无因次数；d为旋涡发生体的特征尺寸；v为旋涡发生体处的流速。稳定的旋涡产生频率f与旋涡发生处的流速有确定的关系。当旋涡发生体的形状和尺寸确定后，可以通过测量旋涡产生频率来测量流体的流量，流量方程式为：vfqK式中:qv为流体流量；K为流量计的仪表系数，一般通过实验获得。322．涡街流量计的特点涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量。涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；输出为频率信号，测量精度也比较高，大约为±0.5%－1.0%；它是一种正在得到广泛应用的流量仪表。涡街流量计可水平安装，也可垂宜安装。在垂直安装时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。涡街流量计的不足之处，主要是流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，旋涡发生体被玷污也会引起测量误差。33课程小结流量测量：了解各类流量计的工作原理和特点；重点掌握差压式流量计的测量原理、流量方程式和投运。34电信学院自动化系先进控制技术研究所