1、测量技术与仪表应用（流量）,流量定义流量检测应用领域流量的测量方法常用流量计测量原理、选型关键参数、安装要求,目录,流量定义,单位时间内流体通过一定截面积的数量 体积流量用流体的体积来表示, m3/h（L/h)瞬时质量流量用流体的质量来表示, kg/h（t/h)累积流量一段时间内流体体积流量或质量流量的累计值 流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。,流量定义,管流 雷诺数,充满管道截面的流体流动称为管流，管流分为层流和紊流；所谓层流就是流体在管道中的流线平行于管轴时的流动所谓紊流，就是流体在管道中流动的流线相对混乱的流动一般情况下流体沿管壁处流速为零，在中心处最大，轴心到管壁的流速分布
2、状态因流体的流动状态而不同；典型的层流流速分布呈抛物线状态，紊流呈平头型分布，如下图：,两种典型流速分布,（a） 层流 （b）紊流,(a),(b),雷诺数是表征流体惯性力与黏性力之比的参数，量纲为1Re=Dv/yD-管径(m)v-管道横截面上的平均流速（m/s)y-流体的运动粘度（m2/s) Re小于2300时，表示流体黏性力较大，呈层流状态；大于20000时，流体惯性力较大，呈紊流状态；在2300和20000之间为层流到紊流的过渡区。,工业生产过程：涵盖石油、化工、医药、轻纺、煤炭、食品、冶金、电力等 主要作用是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能源计量：一次能源计量、二
3、次能源计量、载能工质计量等 一次能源计量是指原油、天然气、石油气、煤层气等未经加工的能源 二次能源是指电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油、蒸汽等 载能工质指压塑空气、氧气、氮气、氢气、水等环境保护：烟气、废液、污水等排放的定量控制，特别是工业污水、废弃的排放；生活用水、天然气、人工燃气的使用计量,流量检测应用领域,交通运输：管道运输 生物技术：在生物技术中各种物质、元素的计量大量使用着流量计，包括各种监测和数据的采集；在此行业流量计的开发难度较大，所需品种较多。科学实验：在流量计的众多品种中，据统计达100多种，其中一大部分都用于科学研究用，此部分流量计即不批量生产也不市面销售。,流量检测
4、应用领域,流量测量： 容积式 差压式 速度式 质量式,流量的测量方法,容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。 椭圆齿轮流量计 精确度很高，一般可达0.20.5% 受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。 转动部件，因此要求被测介质的纯净度比较好。,流量的测量方法,流量的测量方法,椭圆齿轮流量计,差压法：利用在管道中安装的节流装置（孔板、喷嘴、文丘里管等）使流体流过产生局部收缩，在节流的前后产生静压差，该压差的大小和流过的流体体积 成一一对应的关系，只要计量出压差值就能间接地计算出流量值。 结构简单、价格比较便宜 精度一
5、般在25% 此类流量计的有孔板流量计、文丘里管流量计、弯管流量计、转子流量计、阿牛巴流量计、V锥等,流量的测量方法,孔板流量计与差压变送器配合使用,流量的测量方法,文丘里管流量计,弯管流量计,流量的测量方法,阿牛巴流量计,转子流量计,速度法：先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。 可用于各种工况下流体的流量检测，但受流体的流动状态影响大。 靶式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、超声波流量计、涡街流量计等,流量的测量方法,电磁流量计,流量的测量方法,涡街流量计,流量的测量方法,超声波流量计,靶式流量计,4、质量式流量计,质量流量计是测量流体流过的质量，单位一般是Kg/h,是一
6、种出于发展 中的流量计，有直接式质量流量计和推导式质量流量计，此类流量计一般 不受流体的温度、粘度、压力、密度等变化的影响，目前比较成熟且常用 的有科里奥利质量流量计，但安装要求比较苛刻，价格较昂贵，此外还有 马氏效应流量计,流量的测量方法,科里奥利质量流量计,三、流量计的基本原理,1、容积式流量计（椭圆齿轮流量计）,常用流量计原理,椭圆齿轮流量计和腰轮流量计的测量原理都是根据流体流过流量计的转动部件时，转动部件每转动一周所流过的流体是定量的，即两个半月形内的流量，据此原理来检测流体流量的；在一定时间内计算齿轮所转过的周数就可以精确计算出流量；如下图,常用流量计原理,腰轮流量计原理图,常用流量
7、计原理,不难看出，此类带有转动部件的流量计靠的是流体的动力来推动自身转动部件的转动，因此此类流量计会造成流体的能量损失；另外，如果所测的流体不够纯净，含有一定的固体杂质，那么会造成齿轮或腰轮的磨损，甚至会卡住转动部件，非典型相流或含有大量气泡的液体也会造成一定的测量误差，所以安装时要注意,常用流量计原理,2、差压式流量计,根据伯努利方程，沿线流体的压力、重力势能和动能的总和是常数，因此 根据此原理就不难理解在管道内的已知介质的流速之和压力有关，节流式流 量计靠节流件使流体产生局部收缩，在节流件前后会产生静压差，压差的大 小和流体的流速成一定的比例关系，经过修正、计算，就可以得出流速的大 小，如
8、图所示,常用流量计原理,孔板工作原理,常用流量计原理,根据伯努利方程和流体基本方程可以推算出流量和差压的平方根成 正比关系，在无旋条件下积分欧拉方程也可以得出，但是涵义不同而已 ，粘性流体在流动时会摩擦发热以至于机械能不守恒，所以一般加上机 械能损失。,文丘里管,常用流量计原理,基于此原理，差压式流量测速基本都是如此，弯管流量计、阿牛巴流量计等，但是阿牛巴流量计是利用了一个笛形均速管而得到的静压差，其检测原理也是如此，只是得到静压差的方式不同而已，此类流量计比较成熟，价格较便宜，因此使用十分广泛,3、速度式流量计,速度式流量计比较具有代表性的有电磁流量计、涡街流量计，在化 工领域应用比较多,常
9、用流量计原理,电磁流量计的基本原理比较简单，根据法拉第电磁感应定律，导体 在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电势，如下图,常用流量计原理,根据电磁感应定律：,E=BDv,因体积流量Q等于流速和管道截面积的乘积:,Dv,4,Q=,由两式可以得出管道内流体的流量和流速正比关系的，只是在实际应 用中一般采用交变磁场，以防止导电介质在直流磁场中极化影响测量精度,常用流量计原理,涡街流量计的检测原理较为复杂一些，它是根据流体流过流量计里的漩涡发生器时产生漩涡的频率来检测流体流速的，流速不同产生的漩涡的频率也不相同，此类流量计制作工艺相对要求较高，检测电路也很复杂，如果流量比较小时误差也会比较大，在标定
10、时需考虑小信号切除,常用流量计原理,涡街流量计原理图,常用流量计原理,漩涡发生的频率只和漩涡发生器的前端面的宽度d和流体的流速v有关系，如果d是一定的，那么漩涡的频率f就只和流速v有关，只要检测出f，流体流速就可以确定了，基本公式如下：,f=Sr X v X 1/d,式中Sr是雷诺数的函数，如果Sr为常数时，那么流量和漩涡的频率是 成正比关系的,常用流量计原理,涡轮流量计的原理类似于水利发电中的涡轮，利用流体的动能推动 涡轮旋转，旋转速度随流量大小变化而变化，涡轮旋转时做切割磁场的 磁力线运动，产生感生电势改变线圈的磁通量，产生的脉动电势经低通 滤波、放大、D/A转换等才输出标准信号,常用流量
11、计原理,涡轮流量计原理,常用流量计原理,常用的涡轮流量计有水表，普通水表没有变送远传，只带动齿轮进 行就地显示,超声波流量计的检测原理是根据声波在管道里的流体中传播被加速 的原理来测量流量的，另有一种测量方法是多普勒效应法，其基本原理 都是一样的，目前最先进的超声波流量计是高级智能超声波流量计，采 用最先进的数字模式设计，所有数字全有微机选择自动调整，具有严密 的温度补偿，还可以对不同的管道、不同的流体、不同的黏度进行自动 的雷诺数补偿，所有的管道所需的不同的参数均由软件自动调整，具有 显示时值、累计值、流量差值等参数,常用流量计原理,4、质量流量计,该流量计是一种直接儿精密地测量流体质量流量
12、的新颖仪表，以结构主 体采用两根并排的U形管，让两根管的回弯部分相向微微振动起来，则两侧 的直管会跟着振动，即它们会同时靠拢或同时张开，即两根管的振动是同步 的，对称的，如果在管子同步振动的同时，将流体导入管内，使之沿管内向 前流动，则管子将强迫流体与之一起上下振动。流体为了反抗这种强迫振动 ，会给管子一个与其流动方向垂直的反作用力，在这种被叫做科里奥利效应 力的作用下，管子的震动不同步了，入口段管与出口段管在振动的时间先后 商会出现差异，（差异是由于入口段和出口段流体流向是相反的），这叫做,常用流量计原理,相位时间差。这种差异与流过管子的流体质量流量的大小成正比。如果通 过电路能检测出这种时
13、间差异的大小，则就能将质量流量的大小给确定了 科氏力质量流量计的发明是科技界苦苦求索几十年的结果，它不但具有准 确性、重复性、稳定性，而且在流体通道内没有阻流元件和可动部件，因 而其可靠性好，使用寿命长，还能测量高粘度流体和高压气体的流量。现 在汽车用的清洁燃料压缩天然气（CNG）的计量就是靠它测准的，而在石 油、化工、冶金、建材、造纸、医药、食品、生物工程、能源、航天等工 业部门，其应用也越来越广泛。它的问世带来了流体测量技术的一次深刻 变革，被专家誉为是21世纪的主流流量计。,常用流量计原理,科氏力流量计原理如下图,测量原理,常用流量计原理,基本结构,A： 驱动线圈 B ：检测探头,常用流
14、量计原理,此类流量计的优点是精度高、可测介质范围广、安装前后无直管段要求、可同期测量密度并派生出介质中含其他物质的浓度缺点是安装环境苛刻，对管道震动很敏感；不能测量低密度介质或液体中含大量气体的混相流，所测管道管径不能过大，介质中的沉积物影响测量精度，压损大价格昂贵（5000-10000美元）,常用流量计原理,四、流量计的安装要求,根据流量计的测量原理和多测的介质的特性不同，安装的要求和环境也 不尽相同，人们通常会首先想起流量计安装要前后有多少直管段的要求，这 只是其中的一个方面，其实流量计的安装环境因素有很多方面，科学的使用 才能保证检测的准确度，保证正常的使用寿命，减少检修的频率 1、前后
15、直管段的保证长度 2、仪表安装位置的选择 3、取压部分的安装 4、震动及环境的要求,流量计安装要求,1、大部分流量计对直管段都有要求（质量流量计除外），但根据测量原理不同而大小不同，典型的流体状态测量会精确些，复杂的流态会产生较大的误差，比如阀门之后的流体其流态很复杂，流量计难于准确检测，所以要保证一定的直管段对于容积式流量计，首先要注意安装环境，温度、湿度、是否震动、是否腐蚀和潮湿环境、上下游是否有止回阀，因为容积式流量计一般是单向测量的，所以注意不能回流损坏仪表，所测量的介质不干净也容易损坏仪表，如果管线会产生过流还应在下游安装限流孔板防止损坏仪表， 此类流量计对直管段没有严格的要求,速度
16、式流量计对流体的状态要求比较严格，所以要特别注意安装条件，也测量不同的介质是要注意气泡、液滴等干扰，对不同的管件组成成的管线直管段要求也不尽相同，比如流量计前有一个90度弯头，一般要求流量计前后保证20D和5D的直管段长度；对流量计前有一个同心扩大管时则要求前后保证25D和5D的直管段长度；流量计前有个同心收缩或全开阀门的要求保证15D和5D的直管段长度；如果在不同平面有两个90度弯头的则要40D和5D的直管段；如果前有调节阀则要求有50D和5D的长度；,但是在不同的资料中要求数据可能不同，因为速度式流量计还没有标准化，有待于完善等原因；除此之外还要注意安装时的同轴性、同心性、密封垫的大小等减
17、小振动等如果速度式流量计为非接触式测量的，例如电磁式，则上下游直管段要求没有其他的流量计要求那么严格，一般要求上游保证10D左右，下游3-5D左右的直管段即可，但是电磁式流量计接地要求非常严格，传感器必须单独接地，如果传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和保护环一起接地外，还要用较粗的铜导线绕过传感器跨接管道两端连接法兰，使阴极保护电流与传感器之间隔离（电磁流量计安装在水平管道上）,对超声波流量计除了直管段有要求之外，主要是换能器的安装，此类流 量计用的还不十分普遍，所以不作主要介绍。转子流量计的安装比较严格，首先它必须安装在垂直管道上，且垂 直度要求比较严格，一般倾斜度不能超过5度；高
18、精度仪表不超过2度，对前后直管段没有严格意义上的要求，但有些厂家也会要求2D或5D左右的距离，实际必要性不大！质量流量计（科里奥利）的安装队直管段要求不严格，只要是要求管段内能充满介质，气泡含量尽肯能少，少沉积污垢等，控制阀装在流量计的下游，保证流量计够高的静压力，防止发生气蚀和空化；科氏力质量流量计对振动环境要求很严格，安装时（设计）应考虑管道的振动和流量计,本身的共振频率，以此来确定是否需要现场增加振动衰减器或增加固定装置等； 2、对仪表的安装位置在仪控的设计时结合工艺流程的设计应该做好选择，特别是检测混相流的流量时，比如检测含液体的气体或是含气体的液体等，因此检测不同的相流安装的位置在可
19、选的情况下是必须考虑的，这里可选是指非水平直管段，这里主要介绍三种情况：在垂直管道上安装时，介质必须是自下而上流向的！如图：,1、垂直管道上安装,2、水平管道上安装（含液体的气体）,正确,错误,3、含气体的液体,错误,正确,根据测量的介质的性质进行选择合理的安装位置，这对能否经行精确的测量至关重要 3、取压部分的安装取压部分包括取压口方位的选择、导压管的辐射、与变送器的连接等；变送器单独安装的，要考虑导压管辐射的方式，根据测量介质的性质和取压点的高低要注意以下几点测量液体时，取压点高于变送器点和低于变送器点测量气体时，取压点高于变送器点和低于变送器点如下图：,测量气体流量（变送器高于取压点）,
20、测量气体流量（变送器低于取压点）,测量液体流量（变送器高于取压点）,测量液体流量（变送器低于取压点）,以上是导压管路敷设方法，差压式采用的都是三阀组，如果采用五阀组，则敷设方式稍有不同，要根据设计和现场情况来确定采用什么敷设方式，这里不再一一罗列 4、振动及环境的要求有些流量计对振动非常敏感，少许的振动就会严重影响测量的精度，因此在安装此类仪表时要特别注意，当然不是说振动对其他流量计没有影响，对所有的仪表最好尽量减少振动科氏力质量流量计本身就是基于振动的原理来测量质量流量的，因此外界的振动是不允许的，所以要根据现场情况来确定安装方案，可以增加减震器、可以用软管连接并给流量计单独加支撑等,腐蚀环
21、境要选择耐腐蚀的流量计和变送器，在仪表选择时要注意腐蚀环境 中哪些是耐蚀的，这里说的腐蚀是指仪表长期运行不会因介质的酸碱性而磨损 影响精度，不过对酸碱性较弱的，仪表本身材质达到标准要求的也能保证精度， 对酸碱性较强的，大部分带节流件的仪表防腐是很困难的，但是电磁流量计、 弯管流量计防腐性比较好，质量流量计防腐也很困难。在防爆环境中的仪表要选隔爆型变送器和传感器，这是不能凑合的！,综上所述，根据流量计测量的原理和本体传感器的结构不同，一些检定和安装要求不尽相同，不同厂家生产的同类流量计也有不同的要求，因此我们在使用过程中要注意科学投用，注意维护、总结！在这里不再一一详述，旨在给大家一个客观的认识，希望在以后的接触和使用过程中再互相学习交流。谢谢！,
