搜索
流量测量仪表仪表培训材料之二主要内容流量的基本概念典型流量计的工作原理和结构流量计使用和维护流量测量技术的发展流量测量基本概念什么是流量•流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量（qv），简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。•对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。流量测量基本概念流量仪表的主要参数：1.流量范围：流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。正常使用条件下，在该范围内的测量误差不超过允许值。2.量程和量程比流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计的量程。最大流量与最小流量值之比值称为流量计的量程比。量程比大，说明流量范围宽，反之则说明流量范围窄。3.允许误差和准确度等级流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差，称为该流量仪表的允许误差。允许误差可用绝对误差，相对误差和引用误差来表示：流量测量基本概念绝对误差＝仪表指示值－计量检定值流量仪表的允许误差一般用最大相对误差或引用误差表示,不用绝对误差表示.流量仪表示值接近于被测流量直径真值的能力,称为流量仪表的准确度。按准确度大小区分的等级称为流量仪表的准确度等级。目前，国家规定的允许误差大小划分其准确度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。仪表的准确度等级是评价仪表质量优劣的最重要的技术指标之一。数值越小，仪表准确度等级越高，其准确度也越高。流量测量基本概念4.重复性仪表的重复性是指在同一工作条件下，对同一量多次重复测量，其示值相互一致的程度。重复性表示仪表随机误差的大小。重复性与准确度是完全不同的两个概念。重复性不好，当然谈不上它的准确度高；重复性好的流量计也未必能给出准确度高的测量结果。因为，它可能会给出相同而不正确的结果。5.稳定度稳定度是指在规定工作条件内，流量计的某些性能随时间保持不变的能力。稳定度是评价流量装置性能优劣的一个重要参数。稳定度通常用极限相对误差来表示。6.灵敏度灵敏度是指流量计的被测流量值变化的反应能力。7.压力损失流量计的压力损失是指流体流过流量计及与流量计配套安装的其它阻力件时所引起的不可恢复的压力值。流量测量基本概念流量计的分类:流量测量方法和仪表的种类繁多，其测量原理、结构特性、适用范围及使用方法各不相同。从原理上大体可分为差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计、质量流量计、流体阻力式流量计等。差压式流量计根据节流元件又有：孔板，喷嘴，V锥，弯管，阿牛巴、转（浮）子流量计等。容积式流量计：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。速度式流量计：涡轮流量计、旋进旋涡流量计，涡街流量计、超声波、电磁流量计。流体阻力式流量计：靶式流量计常用流量仪表的结构特点差压式流量计工作原理充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。在已知流体条件和检测件与管道尺寸等有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。差压式流量计由一次装置(检测元件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。差压式流量计差压式流量计的检测元件按其作用原理可分为：节流装置、水力阻力式、离心式、动压头增益式及射流式几大类。检测件又可按标准化程度分为两大类：标准的和非标准的。所谓标准检测元件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用，无需经实际标定即可确定其流量值和估算测量误差。非标准检测元件是成熟程度较差的，尚未列入国际标准中的检测元件。国家标准GB2624-81流量测量节流装置的设计安装和使用；2.国际标准ISO5167国际标准组织规定的各种节流装置；3.化工部标准GJ516-87-HK06。差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居榜首。差压式流量计差压流量计差压式流量计优点：(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；(2)应用范围广泛，至今尚无任何一类可与之相比拟；(3)检测元件与变送器、显示仪表可分别由不同厂家生产，便于规模生产。缺点：(1)测量精度比较低：(2)量程比较小，一般仅为3，1～4，1：(3)现场安装条件要求较高：(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。差压式流量计差压式流量计楔形，文丘利管，弯管差压式流量计楔形流量计，已经突破了传统差压流量仪表的许多局限，传统差压流量仪表采用的是与管道同心，中间开孔的节流件，它对管道流体的流速分布要求很高，同时容易造成流体中杂质在节流件处沉淀、堆积；楔形流量传感器及流量计其节流件采用的是一个有特殊夹角的检测件；两侧是光滑的圆面，V形楔形件的顶角朝下，这样有利于含悬浮颗粒的液体或粘稠液体含有水分或杂质的气体顺利通过，而不会在节流件上游侧产生滞流，粘附，沉淀，特别适用高粘度、高浓度、结晶混合液、脏污的液体及高含尘气体的流量测量。基于楔形流量传感器及流量计节流件的独特结构，流体在管道内不是急剧收缩，流体压力的变化是比较平缓的，差压信号更加稳定，能保证流量，特别是小流量的精确测量。容积式流量计容积式流量计，又称为定排量流量计，简称PD流式中，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。容积式流量计优点：(1)计量精度高；(2)安装管道条件对计量精度没有影响；(3)量程比较大；(4)直读式仪表无需外部能源可直接获取累计、总量，清晰明了，操作简便。缺点：(1)结构复杂，体积庞大；(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；(3)不适用于高、低温场合；(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体；(5)产生噪声及振动。(6)只适用不含杂质清洁液体介质。浮子流量计浮子流量计，又称为转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。浮子流量计的流量方程为：浮子流量计工作原理图浮子流量计优点：(1)高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计：(2)无零点漂移，抗干扰能力好；(3)量程比大；(4)结构紧凑。缺点：(1)不能长期保持校准特性；(2)流体物性对流量特性有较大的影响。靶式流量计它将圆形靶悬在管道中央，通过杠杆将所受阻力传递到力平衡转换器。作用于靶上主要有两种力。一种是冲击到靶上的流体动量所造成的动压力；另一种是流体通过靶与管壁之间的环形空隙时，节流作用所产生的静压差。薄圆形靶的周边上所受的粘滞力与前两种力相比可以忽略。靶所受到的合力与流速的平方成正比。靶式流量计利用了力平衡式传感器的优点和靶的特性，它能检测非导电性流体和差压式流量计不能测量的流体，如高粘度流体，高温熔融的浆液流体，也可检测气体和蒸汽的流量。靶式流量计靶式流量计：靶式流量计是一种流体阻力式流量计，当介质流过管道中的靶时，靶受到流体的作用力，力的大小与流体的流量的平方成正比，可以根据力的大小测量流量。涡街流量计涡街流量计是在流体中安放一根非流线型旋涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的旋涡。在一定的雷诺数范围内旋涡的分离频率正比于管道内的平均流速，可采用各种型式检测器检出旋涡频率。涡街流量计按频率检出方式可分为：应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。涡街流量计是属于最年轻的一类流量计，但发展迅速，目前己成为通用的一类流量计。涡街流量计工作原理图涡街流量计卡门涡街流量.在流体中放置一个非流线型柱状物（圆柱或三角柱形等），在某一雷诺数范围内便会在柱状物后面的两侧交替地产生一种有规律的旋涡两侧旋涡之间的距离与同侧旋涡之间距之比满足h/l=0.281时,涡列是稳定的,且有规则。根据斯特芬哈尔实验得知旋涡产生的频率与流体流速成正比,因此测出旋涡频率即可得出体积流量。旋涡频率信号可通过热敏元件、热丝、压电晶体和应变等元件检测出来。涡街流量计涡街流量计的流量方程为：当测量气体流量时，涡街流量计的流量方程为：涡街流量计优点：(1)结构简单牢固；(2)适用流体种类多；(3)精度较高；(4)量程比大；(5)压损小。缺点：(1)不适用于低雷诺数的测量；(2)需较长的直管段；(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比)；(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。涡街流量计传感器涡街发生体表体电磁流量计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性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易应用的问题，如赃污流、腐蚀流的测量。流量方程为：E=kBDv电磁流量计在用非磁性材料制成的、直径为D的管道内,导电液体若以速度流动,切割由励磁线圈感应出的均匀磁通密度为B的磁场,则在流体方向和磁场方向都垂直的一对电极上感应出电动势E电磁流量计优点：(1)测量通道是段光滑直管，不会阻塞，适用于测量含固体颗粒液体两相流体，如纸浆、泥浆、污水等(2)不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好；、(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响。(4)流量范围大，口径范围宽；(5)可应用腐蚀性流体。缺点：(1)不能测量电导率很底的液体，如石油制品；(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；(3)不能用于较高温度。超声流量计超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。利用超声波在流体中传播的特性制成的测速式流量计。根据对信号检测的原理，超声流量计可分为传播时间法、多普勒法、波束偏移法、相关法、噪声法等。超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的特点，是近年发展迅速的流量计之一。超声流量计按测量方法分类：它的基本测量方法可分为传送时间差法、声波束偏转法和多普勒频移法三种。前两种方法属于同一原理，即声波在运动的流体中传送的合成速度是流体流速和流体中声速的向量和。其中以时间传送方法为最常用。声速偏转法无须在管壁上切槽，并且适于测量高速流体。多普勒频移方法只用一个变换器测量远距离点的流速，可用于体外测量人体深处的血液流量，也适于测量工业上的某些容易产生散射的流体。在工业上，适用于测量各种流体和中、低压气体的体积流量而不受流体电导率、粘度、密度、腐蚀性和成分的影响。它不妨碍管道中流体的流动，也不受管径大小的限制。超声流量计-时间法超声（波）流量计在管道上的纵向距离为的两处安装两组超声波发生器和接收器。当流体静止时，声速为c。当流体速度为v时，顺流的声速为c+，传播时间为t1；逆流的声速为c-，传播时间为t2。通过测量时间差来测量流速的方法称为时间法。简化测量线路，用测量顺逆两个连续波之间的相位差（ω为─连续波的角频率）求得流速的方法称为相位差法。超声流量计-时间法同一声源的两组声波在SA与RA之间和SB与RB之间分别传送。它们沿着管道安装的位置与管道成θ角(一般θ=45°)（图1）。由于向下游传送的声波被流体加速，而向上游传送的声波被延迟，它们之间的时间差与流速成正比。也可以发送正弦信号测量两组声波之间的相移或发送频率信号测量频率差来实现流速的测量。超声流量计-声波束偏转法声波束偏转法它的发送器沿垂直于管道的轴线发送一束声波，由于流体流动的作用，声波束向下游偏移一段距离。偏移距离与流速成正多普勒频移法换能器1发射频率为f1的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，