流量仪表

目录第一章流体测量基本概念第二章差压式流量计第三章容积式流量计第四章涡街流量计第五章涡轮流量计第六章电磁流量计第七章浮子流量计第八章超声波流量计第一章流体测量基本概念1.1流量测量的应用领域流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，它是发展工农业生产、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，在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。据统计，流量仪表的产值约占全部过程自动化检测仪表与装置产值的五分之一。流量测量方法和仪表选用1.2流量仪表的种类按照目前最流行、最广泛的分类法：1．差压式流量计：2.浮子流量计；3.容积式流量计；4.涡轮流量计；5.电磁流量计；6.涡街流量计；7.超声流量计；8.质量流量计；9.插入式流量计；10.其他流量计流量测量方法和仪表选用1.3流量测量中常用的流体参数对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数．这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度．压力密切相关。流量测量方法和仪表选用1.3.1流体的密度流体的密度(ρ)是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出：ρ＝m/v式中m——流体的质量，kg；v——质量为m的流体所占的体积，m3各种流体的密度都随温度、压力改变而变化．在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响．但这只是一种近似计算。而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时，必须严格说明其所处的压力、温度状况．工业测量中，有时还用“比容”这一参数。比容数是密度数的倒数，单位为m3／kg。流量测量方法和仪表选用1.3.2流体的粘度流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。粘度也是温度、压力的函数。一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升．在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切．表征流体的粘度，通常采用动力粘度(η)和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(°E)．a)动力粘度:流体动力粘度的意义是，当该流体的速度梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力．流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m／s移动时相互间的作用力，即式中：η——流体动力粘度,Pa·s；τ——单位面积上的内摩擦力，Pa；——速度梯度，1/s；u——流体流速，m/s；h——两流体层间距离,m。b)运动粘度:由于流体的粘度和密度有关，将动力粘度与流体密度之比作为粘度的另一参数，称运动粘度，用v表示：υ=η/ρ流量测量方法和仪表选用c)恩氏粘度:试验室对粘度进行测定常采用恩格勒粘度计，这里还需提及恩氏粘度(E)的概念。流体的恩氏粘度又称条件粘度，它是基于流体的粘性越大，流动时表现的阻力也越大的原理,按下列方式测定的：取一定容积的被测流体(例如200mL)，在一定的温度(t℃)下，测定其从恩格勒粘度计流出的时间(t)，以s为单位，然后与同体积的蒸馏水在20℃时流出恩格勒粘度计的时间（Tt）对比，其比值称该流体在t℃时的恩氏粘度．流量测量方法和仪表选用1.3.3雷诺数雷诺数是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲量，其定义为：式中：v——流体的平均速度，m/s；ι——流速的特征长度，如在圆管中取管内径值，m；υ——流体的运动粘度，m2/s。雷诺数小，意味着流体流动时各质点问的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数ReD＜2000为层流状态，ReD＞4000为紊流状态，ReD＝2000――4000为过渡状态。。流量测量方法和仪表选用1.4选型原则一般选型可以从五个方面进行考虑，这五个方面为仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下：1.仪表性能方面准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等；2.流体特性方面流体、温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、堵塞、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数；3.安装条件方面管道布置方向，流动方向，检测件上下游侧直管段长度、管道口径、维修空间、电源、接地、辅助设备（过滤器、消气器）、安装、脉动等；流量测量方法和仪表选用4.环境条件方面环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等；5.经济因素方面仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。仪表选型的步骤如下：1.依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几类型以便进行选择);2.对初选类型进行资料及价格信息的收集,为深入的分析比较准备条件;3.采用淘汰法逐步集中到1-2种类型,对五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。流量测量方法和仪表选用第二章差压式流量计.2.1概述差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸以测量流量的仪表。DPF由一次装置（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示仪表）组成。通常以检测件的型式对DPF分类，如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化（系列化、通用化及标准化）程度很高的类型规格庞杂的一大类仪表。DPF按其检测件的作用原理可分为：节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式及射流式等几大类，其中以节流式和动压头式应用最为广泛。流量测量方法和仪表选用2.2基本工作原理充满管道的流体，当它流经管道内节流件时，如下图所示，流束将在节流件处形成局部收缩。因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的，压差大小不仅与流量还与其它许多因素有关，如节流装置型式、流体的物理性质（密度、粘度等）以及雷诺数等。流量测量方法和仪表选用2.3分类差压式流量计的分类原则有如下a）按产生差压的作用原理分类（1）节流式:依据流体通过节流孔使部分压力能转变为动能以产生差压的原理来工作的，其检测件称为节流装置，是差压式流量计的主要品种。（2）动压头式:依据动压转变为静压原理工作，如均速管流量计。（3）离心式:依据弯曲管或环状管产生离心力原理形成的压差来工作，如弯管流量计。（4）水力阻力式:依据流体阻力产生的压差原理来工作，其检测件为毛细管束，又称层流流量计。（5）动压增益式:依据动压放大原理工作，如皮托--文丘里管。（6）射流式:依据流体射流撞击产生压差原理工作，如射流式差压流量计。流量测量方法和仪表选用b)按结构形式分类（1）标准孔板；（2）标准喷嘴；（3）长径喷嘴；（4）经典文丘里管；（5）文丘里喷嘴；（6）锥形入口孔板；（7）1/4圆孔板；（8）圆缺孔板；（9）偏心孔板；（10）楔形孔板；（11）内藏孔板；（12）线性孔板；（13）环形孔板；（14）道尔管；（15）低压损管；（16）通用文丘里管；（17）矩形文丘里管。c)按用途分类（1）标准节流装置；（2）低雷诺数节流装置；（3）脏污流用节流装置；（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；（8）混相流节流装置。流量测量方法和仪表选用2.4几种差压流量计介绍2.4.1标准孔板标准孔板又称同心直角边缘孔板，是一块加工成圆形同心的具有锐利直角边缘的薄板。优点是价格便宜，有大量的实验数据，缺点永久压损大，易堵塞。取压方式：角接取压法兰取压径距取压适用管径：50～1000mm2.4.2长径喷嘴主要应用于电力行业高压或高温高压的场合，装机容量在50MW以上的主蒸汽、主给水或减温水等均采用此典型设计型式，它具有压力损小、寿命长等特点。取压方式：径距取压适用压力：0.01～32MPa适用管径：50～630mm流量测量方法和仪表选用2.4.3文丘里管应用于各种行业各种介质的流量测量、控制和调节；它具有压力损失很小、寿命长等特点。经典文丘里管取压方式：特殊取压适用压力：0.01～25MPa适用管径：50～2000mm结构形式：(如右图a所示)2.4.4文丘里喷嘴取压方式：特殊取压适用压力：0.01～2.5MPa适用管径：65～1200mm结构形式：(如右图b所示)图a图b流量测量方法和仪表选用2.4.5圆缺孔板和偏心孔板圆缺孔板和偏心孔板适用于脏污介质的流量测量，它使含有沉淀杂质或悬浮杂质的介质更容易通过孔板，不会在孔板前端形成堆积而影响测量。取压方式：钻孔取压法兰取压径距取压适用压力：≤16.0MPa适用管径：50～2000mm圆缺孔板：(如右图a所示)偏心孔板：(如右图b所示图a图b流量测量方法和仪表选用2.4.61/4圆孔板锥形入口孔板和双重孔板对于管道雷诺数很小或介质粘度高的场合，应用孔板或喷嘴等来测量很难达到要求，而这些装置正是专为此而设计的。取压方式：环室取压钻孔取压法兰取压(D≥40)适用压力：≤1.6MPa适用管径：25～400mm1/4圆孔板：(如右图a所示)锥形入口孔板：(如右图b所示)图a图b流量测量方法和仪表选用2.4.7整体小孔板、内藏小孔板小孔板适用管道内径小于50mm的场合的流量测量。流量测量方法和仪表选用2.4.7机翼型测风装置机翼测风装置是目前国内电力行业一二次风量测量中运用最广的一种流量测量装置，它与其它测风装置比较有如下优点：a、具有独特的机翼线型，能产生较大的差压，测量稳定。b、采用双机翼或多机翼结构，装置本身长度短，并且所需上下游直管段也较短。c、压损较小，产生的压损不超过差压值的14%。d、流束均匀稳定，对流体具有一定的整流作用。e、安装维护方便。f、精度较高，在最大流量的30～100%范围内，误差不超过2%。流量测量方法和仪表选用2.4.8均速流量计(阿牛巴流量计)适用于各种方管或圆形管道的流量测量，它具有永久压力损失极小，价格低廉，要求的直管段长度较短的特点，适用于大管径大流量的测量，在风量测量中运用较广。流量测量方法和仪表选用2.5主要特点（1）应用最普遍的标准孔板，结构易于复制，简单牢固，性能稳定可靠，使用期长，价格低廉；（2）应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之比拟，全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可测量，部分混相流，如气固、气液、液固等亦可应用，一般生产过程的管道直径，工作状态（压力和温度）皆有产品；（3）检测件与差压显示仪表可分开不同制造厂生产，便于专业化形成规模经济生产，它们的结合非常灵活方便；（4）检测件，特别是标准型的，是全世界通用的，并得到国际标准化组织和国际法制计量组织的认可。对标准型检测件进行的试验研究是国际性的，其它流量计一般仅依靠个别厂家或研究群体进行，因此其研究广度与深度不可同日而语。从时间上看，标准型自20世纪30年代由国际标准化组织确定后再也没有改变，这样研究资料及生产实践的积累极其丰富，它涉及的应用范围还没有哪一类流量计可比拟；（5）正是由于上述原因，标准型节流式DPF无须实流校准即可投用，在流量计中亦是唯一的；（6）目前在各种类型中以节流式和动压头式应用最多，节流式检测件达数十种之多，新品种不断出现，较成熟的向标准型方向发展，ISO设有专门技术委员会负责此工作。动压