1、第三节 流量检测及仪表,一、概述 1.流量、总流量的定义 流量:单位时间内通过管道某一截面的流体数量的大小。 总量:在某一段时间内流过管道流量的总和。 流量和总量可用质量表示,还可用体积表示。 质量流量(M)和体积流量(Q)之间的关系是:M=Q -流体的密度， M单位为kg/h；Q单位为m3/h,流量和总量之间的关系:,测量流体流量的仪表叫流量计,测量流体总量的仪表 叫计量表。,2.流量计的分类 速度式流量计:以测量流体在管道内的速度作为测量依 据来计算流量的仪表。如差压式流量计、转子流量计、 电磁流量计、涡轮流量计等。 容积式流量计: 单位时间内所排出流体的固定容积的数目 作为测量依据来计算
2、流量的仪表。如椭圆齿轮流量计、 活塞式流量计等。 质量式流量计: 以测量流体流过的质量为依据的流量计。 分直接式流量计和间接式流量计。它有测量精度不受 流体的温度、压力、粘度等变化影响的优点。有发展前 途的仪表。,一、概述,工作原理:基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流 装置时产生的压力差而实现流量测量的。 组成:节流装置、差压计(差压变送器)、显示仪表。,二、差压式流量计,1. 节流现象与流量基本方程(1). 节流现象 节流现象:流体在流经节流装置的管道时,在节流装置前后 的管壁处,流体的静压力产生差异的现象。 节流装置:包括节流件、取压装置。 节流件:使管道中的流体产生局部收缩的元件。
3、如孔板、 喷嘴和文丘里管等。,以孔板为例说明节流现象:如下图所示： 流动的流体具有能量,即静压能和动能。流体由于有压力 而具有静压能,又由于流体有流动速度而具有动能。两者 在一定的条件下可相互转化,但能量是守恒的。,(1). 节流现象,随后流束又逐渐扩大,到截面后恢复正常v3= v1。,(1). 节流现象,孔板前后流体的速度与压力的分布图,截面前,流速v1,静压力P1,接近节流装置时,受到节流装置的阻挡,靠近管壁的流体阻挡作用最大,使一部分动能转换为静压能, 靠近管壁处的流体静压力升高。,径向压差,由于惯性作用,流束的最小截面在处,这时流速最大v2。,产生径向附加速度, 使流体向管道中心处流动
4、,形成流束的收缩运动。,节流装置前后压差的大小与流量 有关。流量越大,产生压差就越大。 节流装置测量流量的基本原理： 只要测出孔板前后两侧压差的大 小,即可表示流量的大小。,节流装置前压力高,称为正压, 记为“+”;节流装置后压力低, 称为负压,记为“-” 。,(1). 节流现象,孔板前后流体的速度与压力的分布图,(2).流量基本方程式,由流体力学的伯努利方程和流体连续性方程式而得：,节流件前的流体密度;,P节流装置前后压力差;F0节流装置的开孔截面积;,膨胀校正系数,与孔板前后压力的相对变化量.介质的 等熵指数.孔口截面积与管道截面积之比等因素有关, 应用时可查阅手册。 但对不可压缩的液体,
5、取 =1。,流量系数,与节流装置的结构形式.取压方式.孔口截 面积与管道截面积之比.雷诺数.孔口边缘锐度.管壁粗糙 度等因素有关的综合性参数;标准节流装置,查阅手册。,对非标准节流装置,由实验方法确定。在设计节流装置时, 对特定条件,选定一个值。,节流装置测量流量时,应在设计规定的条件下使用,流量方 程中各系数才能为常数, 保证测量的准确度。如果实际使 用条件偏离设计值时, 会引入附加误差, 要做适当修正。, 流量标尺刻度是非均匀的。为了保 证测量的准确,被测值不应接近仪表的下限值。,(2).流量基本方程式,(1).定义:进行设计计算时,有统一标准的 规定、要求和计算所需要的通用化的实 验数据
6、资料的节流装置。 如孔板、喷嘴、文丘里管等。使用时可 查阅有关资料手册。,图3-19 孔板断面示意图,标准孔板:h=0.0050.02D hH0.05D 30 45 0.2d/D0.8,且d12.5mm,2.标准节流装置,角接取压法:孔板(喷嘴)前后两端面与管壁的夹角处取压。 法兰取压法:离开孔板上下游各1英寸处取样。 标准孔板采用角接取压法和法兰取压法。 标准喷嘴采用角接取压法。,角接取压法通过环室或单独钻孔结构实现的。,2.标准节流装置,(2).标准节流装置的取压方式(P= P1-P2),环室测量范围:6.4MPa以下,管道直径在50-520mm之间。 单独钻孔测量范围:2.5MPa以下,
7、管道直径50-1000mm。 标准孔板的特点:测量精确,但对加工制造和安装要求严。 缺点是压力损失大。 标准节流装置适用管道直径大于50mm,雷诺数104-105以上, 且流体清洁,充满全部管道,不发生相变。,2.标准节流装置,(2).标准节流装置的取压方式(P= P1-P2),节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小, 差压信号由导压管引出,传递到相应的差压计,以便显示出 流量的数量。,使用不当,引起误差(10%-20%)。要合理选型,准确设计和 加工,正确安装.维护和符合使用条件等,才能保证精度。 造成测量误差的原因： (1).被测流体工作状态的变动,可引起测量误差 使用时被测流
8、体工作状态及雷诺数等参数与设计时不同, 会造成较大的误差。须重新设计,或将数值修正。,3.差压式流量计的测量误差,(2).节流装置安装不正确,可引起测量误差 安装时,节流装置标注的“+”号一侧,应是流体的入口方向。 孔板时,使流体从孔板90锐口的一侧流入。使用中,要保 持节流装置的清洁。,(3).孔板入口边缘的磨损可引起测量误差,从而引起仪表指 示值偏低。故应注意检查.维修,必要时应换新的孔板。 (4).导压管安装不正确,或有堵塞.渗漏现象可引起误差。,(5).差压计安装或使用不正确会引起测量误差。,造成测量误差的原因：,导压管安装的要求： A.测量液体的流量时 应使两根导压管内充满同样无气泡
9、的液体,即密度相同。 措施如下: a.取压点位于节流装置的下半部,与水平线夹角为0o-45o, 可排气泡,又可防堵塞,如图。,b.导压管最好垂直向下,至少应有一定的倾斜度(1:201:10), 使气泡易于排出。,c.导压管中应有排气的装置。如差压计只能装在节流装置之上时,须加装贮气罐,如图(b) 。,导压管安装的要求:B.测量气体的流量时,导压管内的流体密度相同,气体中 无液体,措施如下： a.取压点应位于节流装置的上半部。 b.导压管最好垂直向上,至少应有一 定的倾斜度,使导压管不滞留液体。 c.如差压计只能装在节流装置之下时, 须加装贮液罐和排放阀。如图。,须解决蒸汽冷凝液的等液位问题,
10、消除液位的高低对测量 精度的影响。如图。,导压管安装的要求:C.测量蒸汽的流量时,测量腐蚀性液体流量,须加隔离措施。,(5).差压计安装或使用不正确会引起测量误差。,停用时:先开平衡阀3, 再关切断阀1.2。,差压计安装:一平衡阀3和两个切断阀1.2,构成三阀组。,差压计使用时:先开平衡阀3,使正负压室压力相等,后打开 切断阀1.2,再关平衡阀3, 差压计投入工作。,零点校验: 开平衡阀3,关闭切断阀1.2时, 校验零点。,JYLB一体化节流式流量计 一体化节流式流量计是将节流 装置和差压变送器做成一体, 差压变送器与流量显示设备通 过各种模式的通讯,构成流量 检测系统。该系统除能进行压 力补
11、偿外,还可手操迁移量程等,三、转子流量计,1.工作原理 压降不变,利用节流面积变化来测量流量的大小。,适用测小流量,管径50mm以下管道的流量。 测量的流量可小到每小时几升。,结构:由下往上逐渐扩大的锥形管和放 在锥形管内可自由运动的转子组成。,特点:结构简单,是一种恒压降、变节流 面积具有线性刻度的流量计。,F:流体流过锥形管时转子受到的向上力。,G:转子的重量减去流体对转子的浮力。,三、转子流量计,A-转子最大横截面积; V-转子体积; t.f -分别为转子和流体的密度 。,1.工作原理,流量方程:,h-平衡时转子的高度;-仪表常数。,F0-转子与锥形管间环隙面积。,将反映流量大小的转子高
12、度转换为电信号,适合于远传, 进行显示或记录。,(1).流量变送部分: 组成:差动变压器,即铁心、 线圈及骨架组成。,LZD系列电远传式转子流量计 由流量变送和电动显示两部分组成。,2.电远传式转子流量计,原理:当铁心在中间位置时,次级线圈中产生的感应电动势 e1、e2相等。u= e1- e2=0 当铁心向上移动时, e1e2,u= e1- e20。 当铁心向下移动时, e1e2,u= e1- e20。,(1).流量变送部分,转子流量计的转子与差动变压 器的铁心连接,可将流量的大小 转换成输出感应电势的大小。,(2).电动显示部分如下图,是非标准仪表,出厂时在工业基准状态(20,0.10133
13、MPa) 下用水或空气进行标定的。当被测介质和工作状态发生 改变, 必须对仪表刻度进行修正。 (1).液体流量测量时的修正,Q0-用水标定的刻度流量; Qf-被测介质实际流量;,3.转子流量计的指示值修正,KQ-体积流量密度修正系数; KM- 质量流量密度修正系数; Mf-被测介质实际质量流量。,例1:现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流量,已知 转子材料为不锈钢,t=7.9g/cm3,苯的密度为 f=0.83g/cm3。试问流量计读数为3.6L/s时,苯的实际 流量是多少？,苯的实际流量是4L/s。,解:,测气体时,制造厂是在工业基准状态(293K,0.10133MPa)下 用空气进行标
14、定的。对非空气介质在不同于上述基准状 态下测量时, 要进行修正。 当仪表显示刻度为Q0,实际介质的流量为Q1,按下式修正：,工业基准状态,被测介质实际状态,(2).气体流量测量时的修正,例2:某厂用转子流量计来测量温度为27,表压为0.16MPa 的空气流量,问转子流量计读数为38Nm3/h时,空气的实际 流量是多少？,空气的实际流量是60.3Nm3/h。,解:Q0= 38Nm3/h, p0=0.10133MPa,T0=293K, p1=0.16+0.10133=0.26133MPa, T1=273+27=300K,Q0-水流量,L/h; f -蒸汽密度,kg/m3; Mf -蒸汽流量,kg/
15、h。,(3).蒸汽流量测量时换算,将蒸汽流量换算为水流量,如转子材料为不锈钢, t=7.9g/cm3,则：,TGL型钢瓶流量计 该流量计由减压器和玻璃转子流量计二部分组 成,当流量计配置在钢瓶上时,钢瓶中的高压气 体可借助于减压器和玻璃转子的调节功能,选择 输出恒定的稳定流量,并可指示压力和流量。,LZ系列金属管浮子流量计 具有结构简单、工作可靠、精度较高、价格合 理等特点,能耐较高的压力与温度,并可实现电 远传扩大了使用范围。,LZB-( )W/WB小流量玻璃转子流量计 该流量计可以检测气体或液体介质的小流量, 具有小巧的外形,广泛用于各种分析仪器,环境 保护设备,医疗设备及其它科学实验仪器
16、配套, W型为不带调节阀结构,WB型带有调节阀结构,LZB-( )U型聚砜管流量计 由聚砜塑料精制而成,转子材料为哈氏C或钛, 接触被测流体的部件均有效的抗氢氧化纳溶液、 盐液等腐蚀性液体,是制碱等化工行业理想的流 量计,四、椭圆齿轮流量计 1. 工作原理 椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个相互啮合的椭圆形齿轮A和B、轴及壳体组成。椭圆齿轮与壳体之间形成测量室,如图。当流体流过椭圆齿轮流量计时,由于要克服阻力将会引起阻力损失,从而使进料口侧压力p1大于出料口压力p2,在此压力差的作用下,产生作用力矩使椭圆齿轮连续转动。 在图(a)所示位置时,由于p1 p2,在二者产生的合力矩下, A轮顺时针转动
17、,这时A轮为主动轮, B轮为从动轮。 在图(b)所示位置 时,根据力的分析可 知,这时A、B都为 主动轮。,1. 工作原理 当继续转至(c)所示位置时, p1和p2在A轮上的合力矩为零,作用在B轮上的合力矩使它作逆时针转动,把已吸入的半月形容积内的介质排出出口,这时B 轮为主动轮, A轮为从动轮,与图 (a)所示情况刚好相反。 这样, A轮和B 轮交替地一个带动另一个转动,把被测介质以半月形容积为单位一次一次地由进口排至出口。从(a)(b) (c)只表示椭圆齿轮转了1/4周的情况,而排出被测介质为一个半月形容积,则每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的4倍。即通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为
18、:n - 椭圆齿轮的旋转速度； V0 - 半月形测量室容积。,2.使用特点椭圆齿轮流量计是基于容积测量原理的,与流体的粘度等性质无关。特别适用于粘度介质的流量测量。高测量精度高,压力损失小,安装方便。但被测介质不能含有固体颗粒,更不能夹杂机械物,否则会引起齿轮磨损,以至损坏。在椭圆齿轮流量计的入口端须加装过滤器。 但椭圆齿轮流量计结构复杂,加工制造较难,因而成本高。如使用不当或使用时间过久,发生泄漏现象,会引起较大测量误差。,LC系列椭圆齿轮流量计(油表) 是容积式流量计中的主要类型,用于计量在一 定压力下封闭管道中满管流的流体流量。它具 有精确度高、可靠性好、寿命长、量程范围大、 压力损失小、粘度适应性强,
